1. Introduction
1.1 Importance des systèmes hydrauliques
L'industrie moderne s'appuie fortement sur les systèmes hydrauliques. Ils sont essentiels à diverses industries, notamment la machinerie lourde, l’automobile, l’aviation et la construction. Les systèmes hydrauliques assurent des opérations mécaniques précises en transmettant et en contrôlant des forces et des mouvements importants grâce à l'utilisation d'un fluide comme fluide de travail. Étant donné que ces systèmes fonctionnent généralement sous une pression extrême, une excellente stabilité et fiabilité sont nécessaires pour garantir des performances constantes et efficaces.
1.2 Le rôle des joints dans les systèmes hydrauliques
Les joints jouent un rôle essentiel dans les systèmes hydrauliques. Leur tâche principale est de garder l’air, l’humidité et autres impuretés hors du système tout en empêchant les fuites d’huile hydraulique. Des joints qui fonctionnent bien peuvent réduire la pression du système, réduire les pertes d'énergie, augmenter la durée de vie de l'équipement et garantir un fonctionnement sûr. L'efficacité et la fiabilité de l'ensemble du système hydraulique sont directement influencées par le fonctionnement des joints.
1.3 L'importance des principes de sélection
Les performances du système hydraulique dépendent du joint sélectionné. Les meilleures performances du système et les coûts de maintenance les plus bas possibles peuvent être garantis par les ingénieurs et le personnel de maintenance en utilisant les principes de sélection appropriés pour choisir les joints les mieux adaptés à une application donnée. Les critères de sélection comprennent une connaissance approfondie de l'environnement de travail, une sélection appropriée des matériaux, une parfaite adéquation des types de joints, un contrôle précis des dimensions et des tolérances et une évaluation approfondie de la rentabilité. En adhérant à ces directives, le système hydraulique dans son ensemble peut fonctionner de manière plus économique et plus efficace, éviter les pannes précoces et minimiser les temps d'arrêt.
2. Types courants de joints hydrauliques
Joints toriques
L'un des composants d'étanchéité les plus fondamentaux, les joints toriques sont largement utilisés dans les applications d'étanchéité statiques et dynamiques. Ils sont faciles à installer, abordables et simples. Les joints toriques assurent un effet d'étanchéité fiable en comblant les défauts de la rainure d'étanchéité grâce à leur déformation élastique. Les applications à pression faible à moyenne utilisent souvent des joints toriques.
Anneaux en Y
Les anneaux en Y sont un type de joint à lèvres doté de deux lèvres symétriques et d'une partie centrale circulaire. Les anneaux en Y fonctionnent bien dans les mouvements alternatifs, peuvent offrir de fortes capacités de compression initiale et d'auto-compensation et conviennent pour sceller les tiges de piston. Ils sont fréquemment utilisés pour colmater les fuites d’huile hydraulique dans les cylindres.
Anneaux en V
Les anneaux en V sont constitués de deux lèvres inclinées qui forment une forme en V et une partie centrale circulaire. Des pressions plus élevées peuvent être tolérées par les anneaux en V et ils possèdent de fortes propriétés d’auto-compensation. Ils sont fréquemment utilisés pour l'étanchéité dynamique, en particulier dans des situations de haute pression et de charge élevée. La forme des lèvres du V-ring contribue à une meilleure étanchéité lors de l'application d'une pression.
Anneau en U
Semblables aux anneaux en V, les anneaux en U ont une lèvre en forme de U et sont fréquemment utilisés pour l'étanchéité statique. Les joints en U peuvent offrir une stabilité supérieure sous pression en raison de leur structure et ils peuvent avoir un excellent effet d’étanchéité. Les applications qui doivent arrêter les fuites de pression interne peuvent bénéficier de l’utilisation de joints en U.
Deux anneaux en V réunis dos à dos pour former une forme en X constituent un anneau en X. Grâce à cette conception, la pression peut être scellée dans deux directions simultanément et de manière bidirectionnelle. Les anneaux en X fonctionnent bien dans les applications à charge et pression élevées, en particulier lorsqu'une étanchéité bidirectionnelle est nécessaire.
3. Analyse de l'environnement de travail
3.1 Effet de la température sur les joints
L’un des principaux éléments influençant les performances du joint est la température. Plages de température auxquelles différents matériaux d'étanchéité résistent aux changements de température. Par exemple, le caoutchouc fluoré (FKM) peut tolérer des températures d'environ -20 degrés à 200 degrés, mais le caoutchouc nitrile (NBR) est généralement approprié pour des conditions comprises entre -20 degrés et 100 degrés. Une température trop élevée pourrait faire gonfler, ramollir ou même fondre le joint, tandis qu'une température trop basse pourrait le rendre rigide, cassant et perdre son élasticité. Par conséquent, il est important de vous assurer que le joint que vous choisissez peut résister à la plage de températures de fonctionnement du système.
3.2 Effet de la pression sur les joints
La capacité d'étanchéité du joint est directement influencée par la pression du système hydraulique. Les joints doivent être suffisamment élastiques et compressibles dans des situations de haute pression afin de préserver les performances d'étanchéité. Le joint doit également être capable de supporter la pression de fonctionnement maximale du système sans subir de dommages ou de distorsion irréversibles. De plus, les variations de pression auront un impact sur la fonctionnalité du joint. Il est donc essentiel de choisir des joints dotés de capacités d'adaptation à la pression.
3.3 Compatibilité des milieux chimiques
Le matériau du joint peut être érodé par l'huile hydraulique et d'autres produits chimiques. Afin de stopper la détérioration du matériau et d'augmenter la durée de vie du joint, il est nécessaire que celui-ci soit compatible avec les fluides utilisés dans le système. Certains matériaux en caoutchouc peuvent ne pas convenir aux fluides hydrauliques présentant des qualités chimiques ou des ajouts particuliers.
3.4 Effet de la contamination et des particules solides
La présence de contaminants et de particules solides dans le système hydraulique peut accélérer l’usure des joints et réduire leur efficacité. En utilisant des matériaux résistants à l'usure ou en créant des joints excluant les contaminants, les joints peuvent être fabriqués pour résister aux impacts des polluants. Afin de réduire l'effet des particules solides sur les performances d'étanchéité, des joints couplés avec des anneaux anti-poussière peuvent être pris en compte pour la gestion de la contamination.
4. Sélection des matériaux d'étanchéité
4.1 Importance des propriétés des matériaux
Le fonctionnement des joints dans certaines applications est déterminé par les caractéristiques physiques et chimiques des matériaux d'étanchéité. Parmi ces qualités figurent :
- Résistance à l'usure : capacité d'un matériau à résister à l'usure ; cette propriété est cruciale pour l’étanchéité dynamique.
- Élasticité : L'élasticité d'un matériau dicte la capacité d'un joint à reprendre sa forme initiale sous la pression.
- Résistance chimique : capacité d'une substance à résister à la dégradation chimique, en particulier en présence d'huile hydraulique et d'autres milieux.
- La résistance à la température est la capacité d'un matériau à maintenir ses caractéristiques constantes à des températures élevées et basses.
- Résistance au vieillissement : capacité d'un matériau à résister aux effets du vieillissement de l'environnement (tels que l'oxygène, l'ozone et les rayons UV).
- Dureté : La dureté d’un matériau affecte sa capacité d’étanchéité et sa résistance à l’usure.
4.2 Types courants de matériaux d'étanchéité
Le
Le caoutchouc synthétique tout usage offrant une bonne résistance à l’usure, au vieillissement et à l’huile est appelé NBR. Il s'agit d'un matériau typique utilisé dans la production de joints et qui fonctionne bien avec la plupart des systèmes hydrauliques. La plage de température de fonctionnement normale du NBR est de -40 degrés à +120 degrés ; cependant, cette plage peut changer en fonction de la formulation et des additifs particuliers.
FKM
Le FKM est idéal pour les environnements plus exigeants en raison de sa résistance exceptionnelle à la chaleur, aux produits chimiques et à l'huile. Le FKM est plus résistant à la température que le NBR ; il peut supporter des températures allant jusqu'à +200 degrés. Les acides forts, les alcalis forts, les températures élevées et autres milieux corrosifs sont tous acceptables pour les joints FKM.
PTFE
Une excellente résistance antiadhésive et chimique sont des caractéristiques du matériau PTFE. Il a un très faible coefficient de friction et interagit rarement avec des substances. Les joints PTFE ne sont souvent pas utilisés pour l'étanchéité dynamique en raison de leur faible élasticité ; au lieu de cela, ils sont généralement utilisés dans des applications qui nécessitent une résistance à l’usure et une résistance chimique exceptionnelles.
4.3 Résistance à l'usure, élasticité, résistance chimique et résistance à la température des matériaux
Pour garantir la fiabilité et la longévité du joint dans une application particulière, la résistance à l'usure, la flexibilité, la résistance chimique et la résistance à la température des matériaux d'étanchéité doivent être prises en compte. Pour illustrer:
- Résistance à l'usure : le choix d'un matériau de joint présentant un niveau élevé de résistance à l'usure permettra au joint de durer plus longtemps, en particulier dans les situations où des abrasifs ou des particules solides sont présents.
- Élasticité : un mastic possédant une élasticité élevée peut s'adapter plus efficacement aux variations de forme de la surface d'étanchéité, ce qui entraîne un environnement plus hermétique.
- Résistance chimique : pour éviter toute dégradation des matériaux ou des performances, le matériau d'étanchéité doit être compatible avec les fluides du système hydraulique.
- Résistance à la température : La substance d'étanchéité doit pouvoir continuer à fonctionner dans toute la plage de température de fonctionnement du système.
5. Sélection du type de joint
5.1 Exigences d'étanchéité et scénarios d'application
Les besoins spécifiques en matière d'étanchéité, tels que le fluide d'étanchéité, la pression de fonctionnement, le type de mouvement, les conditions climatiques, etc., doivent être pris en compte lors du choix des joints. A titre d’illustration, certains joints pourraient être plus adaptés à des situations chimiquement corrosives, tandis que d’autres pourraient être réalisés pour des températures élevées. La sélection du meilleur type de joint sera facilitée par une compréhension claire des exigences uniques du scénario d'application.
5.2 Joints dynamiques et joints statiques
Les joints dynamiques sont généralement utilisés sur les éléments mobiles qui doivent maintenir une étanchéité lorsqu'ils sont en mouvement, tels que les arbres rotatifs ou les tiges de piston. Les anneaux en Y et en V sont des exemples de joints dynamiques conçus pour supporter l'usure et les variations de pression provoquées par un mouvement alternatif ou rotatif.
Pour arrêter les fuites de fluide, des joints statiques sont placés entre les pièces permanentes telles que les connecteurs de tuyaux et les embouts. Les choix de joints statiques courants, simples à installer et offrant une étanchéité fiable dans des conditions statiques, comprennent les joints toriques et les joints en U.
5.3 Considérations relatives aux environnements à haute pression et haute température
Les joints doivent être suffisamment élastiques et compressibles dans des situations de haute pression afin de résister à la pression et de conserver une étanchéité. L'utilisation de matériaux plus résistants ou de joints spécialement conçus, tels que des joints en V avec des anneaux de support, peut s'avérer nécessaire dans des situations de haute pression.
Les matériaux d’étanchéité doivent être capables de résister à la détérioration thermique et de conserver leurs caractéristiques physiques dans des conditions de température élevée. Pour éviter d'endommager les joints, il peut être nécessaire de choisir des matériaux résistant à des températures élevées, comme le PTFE ou le FKM, ou d'utiliser des techniques de refroidissement spécifiques.
5.4 Espace d'installation et rentabilité
Les dimensions et la forme de l'espace d'installation limitent la taille et le type de joints pouvant être utilisés. Il peut être nécessaire d'utiliser une conception d'étanchéité plus compacte, comme un joint torique ou un joint en X, lorsqu'il y a peu de place.
Lors du choix des joints, le prix abordable est également un facteur crucial. Les avantages économiques à long terme des joints hautes performances sont plus importants car ils ont généralement une durée de vie plus longue et nécessitent moins d'entretien, même si leur coût initial peut être plus élevé.
6. Importance de la taille et de la tolérance du joint
6.1 Montage des joints et des rainures de joint
Pour une étanchéité optimale, les joints doivent s’insérer parfaitement dans les rainures de joint. Un joint trop grand pourrait rendre l'installation difficile ou éventuellement briser le joint ou la rainure du joint ; un joint trop petit n'offrira pas une force de compression suffisante, ce qui entraînera des fuites. Par conséquent, la taille du joint doit être choisie avec précision en fonction des paramètres de la rainure du joint.
Conception de la rainure du joint : Pour garantir que le joint puisse être uniformément comprimé après l'installation, la taille et le taux de compression du joint doivent être pris en compte.
Procédure d'installation : L'utilisation de la bonne technique d'installation peut empêcher le joint d'être endommagé ou déformé, garantissant ainsi l'effet d'étanchéité.
6.2 Effet de la tolérance dimensionnelle sur les performances
La plage d’écart acceptable pour la taille du joint est appelée tolérance dimensionnelle. Lorsque les tolérances sont trop serrées, le joint peut être surcomprimé, ce qui réduira son élasticité et sa longévité ; lorsque les tolérances sont trop lâches, le joint peut ne pas être en mesure de générer une force d'étanchéité suffisante.
Taux de compression : le degré d'installation d'un joint est appelé taux de compression, et le maintien de l'effet d'étanchéité nécessite l'utilisation du taux de compression approprié.
Durabilité : La durabilité du joint est directement impactée par la tolérance dimensionnelle. Des mesures précises garantissent que les joints continuent de fonctionner de manière stable pendant de longues périodes.
6.3 Standardisation ou personnalisation
Lors de la sélection des joints hydrauliques, deux méthodes sont souvent utilisées : la standardisation et la personnalisation.
Joints standardisés : ces joints sont faciles à acheter et à remplacer, s'adaptent à la majorité des applications courantes et respectent les normes industrielles ou internationales en matière de dimensions et de tolérances.
Joints personnalisés : Pour certaines applications ou systèmes ayant des besoins particuliers, des joints personnalisés peuvent être nécessaires. Pour obtenir un effet d'étanchéité optimal, des joints personnalisés peuvent être construits avec des dimensions et des tolérances en fonction des conditions de travail et des exigences de performances particulières.
Il est important de prendre en compte à la fois la cohérence et la personnalisation lors de la sélection des joints. Alors que les joints sur mesure offrent plus de flexibilité et la possibilité de modifier les performances, les joints standardisés sont plus abordables et plus faciles à obtenir.