Qu'est-ce qu'une pompe à piston hydraulique ?

Qu'est-ce qu'une pompe à piston hydraulique ?

Une pompe à piston hydraulique est un type de pompe volumétrique qui convertit l'énergie mécanique (d'un arbre rotatif) en énergie hydraulique (une combinaison de débit et de pression). Elle le fait en utilisant des pistons qui effectuent un mouvement de va-et-vient à l'intérieur de cylindres pour aspirer le fluide, puis le refouler sous haute pression.

Elles sont réputées pour leur haut rendement et leur capacité à générer de très hautes pressions, ce qui en fait le choix privilégié pour les applications hydrauliques industrielles et mobiles les plus exigeantes.

Principe de base : Comment ça marche

Le fonctionnement fondamental peut être décomposé en un cycle simple :

1. Course d'admission : Lorsque le piston recule, il augmente le volume dans sa chambre de cylindre. Cela crée un vide, qui ouvre une soupape d'admission (ou orifice) et permet d'aspirer le fluide hydraulique du réservoir.

2. Course de refoulement : Le piston avance ensuite, diminuant le volume de la chambre. Cela comprime le fluide, augmentant sa pression. La haute pression ferme la soupape d'admission et force la soupape de sortie à s'ouvrir, poussant le fluide sous pression dans le système hydraulique.

Ce processus se produit simultanément et en continu sur plusieurs pistons disposés en cercle, assurant un débit régulier et continu.

Principaux types de pompes à piston hydrauliques

Il existe deux architectures de conception principales pour les pompes à piston :

1. Pompes à pistons axiaux

Dans ces pompes, les pistons sont disposés parallèlement à l'axe de l'arbre d'entraînement. Ce sont les pompes à piston haute performance les plus courantes.

• Comment ça marche : L'arbre fait tourner un bloc-cylindres contenant les pistons. Les pistons eux-mêmes sont reliés à un plateau oscillant (un disque incliné). Lorsque le bloc tourne, les pistons sont forcés de faire un mouvement de va-et-vient dans et hors de leurs alésages lorsqu'ils suivent la surface inclinée du plateau oscillant.

• Caractéristique principale : Cylindrée variable. L'angle du plateau oscillant peut être modifié. Un angle plus raide entraîne une course de piston plus longue et plus de fluide déplacé par révolution (cylindrée plus élevée). Un angle plus petit entraîne moins de fluide déplacé. Si le plateau oscillant est réglé à zéro degré, les pistons ne bougent pas et le débit s'arrête. Cela permet un contrôle précis du débit et de la puissance de sortie sans modifier la vitesse d'entraînement de la pompe.

• Utilisations courantes : Machines de fabrication (moulage par injection, presses à métaux), équipements de construction (excavatrices, bulldozers) et applications marines.

2. Pompes à pistons radiaux

Dans ces pompes, les pistons sont disposés perpendiculairement (radialement) à l'arbre d'entraînement.

• Comment ça marche : Les pistons sont logés dans un bloc-cylindres fixe autour de l'arbre d'entraînement. L'arbre est doté d'une came excentrique ou d'un rotor. Lorsque l'arbre tourne, la came excentrique pousse les pistons vers l'intérieur en séquence. Des ressorts ou la pression hydraulique repoussent souvent les pistons contre la came lorsqu'elle tourne. La soupape est généralement intégrée dans le moyeu central.

• Caractéristique principale : Haute pression. Les pompes à pistons radiaux sont exceptionnellement robustes et sont connues pour atteindre les pressions de fonctionnement les plus élevées de tous les types de pompes (dépassant souvent 1 000 bars / 15 000 psi).

• Utilisations courantes : Applications à très haute pression comme les presses hydrauliques, les bancs d'essai et les vérins.

Principales caractéristiques et avantages

• Capacité haute pression : Excellent dans les systèmes nécessitant des pressions de 250 bars à plus de 700 bars (3 600 à plus de 10 000 psi).

• Haut rendement : Elles ont de très faibles fuites internes (rendement volumétrique élevé) et de faibles pertes par frottement (rendement mécanique élevé), atteignant souvent plus de 95 % de rendement.

• Cylindrée variable : La capacité d'ajuster le débit de sortie à la volée (une caractéristique clé de nombreuses conceptions axiales) permet d'économiser une quantité massive d'énergie, car la pompe ne fournit que le débit et la pression dont le système a besoin.

• Contrôle précis : Excellent pour les applications nécessitant un contrôle précis de la vitesse et de la position.

• Longue durée de vie : Conçu pour un fonctionnement continu dans des environnements difficiles.

Inconvénients

• Coût élevé : Beaucoup plus cher à l'achat et à réparer que les pompes à engrenages ou à palettes.

• Complexité : Conception complexe avec des tolérances serrées qui les rendent sensibles à la contamination (fluide sale).

• Bruit : Généralement plus bruyantes que les pompes à palettes ou à engrenages internes, en particulier à haute pression.

Applications

Les pompes à piston hydrauliques sont les piliers des systèmes hydrauliques haute puissance. Vous les trouverez dans :

• Équipements de construction lourds : Excavateurs, pelles rétro, grues, bulldozers.

• Machines industrielles : Machines de moulage par injection, presses à emboutir les métaux, machines-outils.

• Machines agricoles : Tracteurs, moissonneuses-batteuses.

• Applications marines et offshore : Treuils, systèmes de direction, grues de pont.

• Production d'énergie : Transmissions hydrostatiques dans les éoliennes.

• Équipements miniers : Miniers à longue taille, soutènements de toiture.