Une idée reçue concernant les vérins hydrauliques est que si le joint du piston fuit, le vérin dérive. Bien qu'un joint de piston qui fuit puisse être la cause première de la dérive d'un vérin, les principes physiques en jeu sont souvent mal compris.
Le fait est que si le joint du piston est complètement retiré d'un vérin à double effet, que le vérin est rempli d'huile et que les orifices sont bouchés, le vérin maintiendra sa charge indéfiniment, à moins que le joint de la tige ne fuie.
Dans ce cas, en raison du volume inégal de chaque côté du piston, la pression du fluide s'égalise et le vérin se bloque hydrauliquement. Dans ce cas, le vérin ne peut se déplacer que si le fluide s'échappe du vérin par le joint de la tige ou ses orifices.
Figure 1. Cylindre à double tige - le volume d'huile est égal des deux côtés du piston
Exceptions à la règle
Il existe deux exceptions à cette théorie. La première est un cylindre à double tige (figure 1) où le volume est égal des deux côtés du piston.
La deuxième exception concerne une charge suspendue à un vérin à double effet (figure 2). Dans ce cas, le volume de fluide sous pression du côté de la tige peut facilement être logé du côté du piston. Mais au fur et à mesure que le cylindre dérive, un vide se crée du côté du piston en raison de l'inégalité des volumes et, en fonction du poids de la charge, ce vide peut finalement aboutir à un équilibre qui stoppe la dérive.
Ce n'est pas la fin du cycle, mais il est important de comprendre au moins cette théorie avant de continuer.
En dépit de ces deux exceptions, si les orifices de service d'un vérin à double effet sont bloqués par un tiroir fermé à l'actionneur (figure 3) et que le joint du piston contourne, la pression finira par s'égaliser des deux côtés du vérin. A ce stade, un verrouillage hydraulique est effectué et aucune dérive supplémentaire ne peut se produire, à moins que le fluide ne s'échappe du vérin ou du circuit du vérin.
Figure 2. Charge suspendue à un vérin à double effet
Perte de surface effective
En raison de la perte de surface effective due à la pression qui agit maintenant sur l'espace annulaire du côté de la tige, la pression statique dans le vérin doit augmenter pour supporter la même charge. N'oubliez pas que la force développée par un vérin est le produit de la pression et de la surface.
Par exemple, si la pression induite par la charge du côté du piston du cylindre est de 2 000 PSI et nulle du côté de la tige lorsque le distributeur est fermé, en supposant qu'il n'y a pas de fuite au-delà du tiroir, la pression égalisée peut être de 3 000 PSI en fonction du rapport entre les surfaces du piston et de l'espace annulaire.
Considérons maintenant ce qui peut se produire si ce circuit est équipé d'une soupape de sûreté de l'orifice de service (figure 4) réglée à 2 500 PSI. Lorsque la pression s'équilibre sur le joint du piston et que la pression statique croissante du côté du piston du vérin atteint la pression de rupture de la soupape de sûreté de l'orifice, le vérin ne se rétracte toujours pas.
Une situation similaire peut se produire dans les circuits où un distributeur de contrôle de charge (à contrepoids) est installé. Dans ce circuit, illustré à la figure 5, le distributeur est équipé d'un tiroir central flottant (les orifices de service A et B sont ouverts vers le réservoir).
Comme indiqué précédemment, si le joint du piston fuit, des volumes inégaux d'huile du côté de la tige et du piston du cylindre indiquent que le blocage hydraulique empêchera toute dérive notable. Mais une fois de plus, en raison de la perte de surface effective résultant de la même pression agissant désormais sur les surfaces annulaires côté piston et côté tige, la pression statique dans le vérin doit augmenter pour supporter la même charge.
L'ampleur de cette augmentation de pression dépend du rapport entre la surface du piston et celle de l'espace annulaire du vérin. Si l'augmentation de la pression statique dépasse la charge maximale définie pour le robinet d'équilibrage, le robinet s'ouvre, ce qui permet à l'huile du côté du piston du vérin de s'écouler vers le réservoir et au vérin de se rétracter.
Diagnostic de la dérive des cylindres
Par conséquent, si la cause première du problème dans les deux exemples est la fuite du joint de piston, la physique est fondamentalement différente de ce que l'on croit généralement. Et si la théorie est comprise, un manomètre peut être un outil utile pour déterminer la cause de la dérive d'un cylindre.
Dans l'un ou l'autre de ces exemples, si le vérin dérive mais qu'il n'y a pas d'égalisation de la pression à travers le joint du piston, le distributeur ou le régulateur de charge est la source du problème.