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Guide de dimensionnement Les moteurs hydrauliques

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TYPOLOGIE DES MOTEURS HYDRAULIQUES

Nous pouvons identifier les moteurs hydrauliques fonctionnant par transfert de fluide (types à engrenage ou à palette) et ceux à fonctionnement volumétrique (moteurs à pistons).

L'utilisation de ces deux technologies correspond sensiblement à une classification en moteurs rapides ou moteurs lents. Cependant les moteurs à pistons axiaux à plateau ou à axe incliné peuvent être qualifiés de mixtes.

Typologie des moteurs hydrauliques

Type	Réalisation	Utilisation
Moteurs rapides	Moteurs à engrenage: modèle simple, robuste de coût réduit. Les fuites internes à basse vitesse font que la vitesse de rotation doit être supérieure à 500 tr/min (maxi 3000 tr/min), puissance assez faible jusqu'à 50 kW, pression de service jusqu'à 100 bars, pas de variation de vitesse sur le moteur. Moteurs à palettes : modèle un peu plus performant que le précédent. Vitesse minimale de l'ordre de 300 tr/min (maxi 2 000 tr/min), puissance assez faible jusqu'à 40 kW la pression peut atteindre 150 bars, variation de vitesse possible par le moteur.	Ces moteurs sont faciles à mettre en oeuvre sur les petites installations pour motoriser des mouvements simples Leur mauvais rendement à basse vitesse interdit leur emploi à faible vitesse. Le couple au démarrage de ces moteurs est assez faible, de l'ordre de 70 % du couple nominal. Les charges extérieures admissibles sont en général assez faibles, mais il est possible de les associer à des réducteurs, ce qui permet de pallier cet inconvénient.
Moteurs mixtes	Moteurs à pistons axiaux à plateau ou à axe incliné: quelle que soit l'utilisation, ils offrent de bonnes performances avec un bon rendement, supérieur à 0,9 . Leur coût est élevé. La plage des vitesses possible est de 50 à 3 500 tr/min. La gamme disponible est très vaste, la puissance peut atteindre 500 kW, le couple 160 daN.m pour une pression de 350 bars. Des modèles à vitesse variable sont disponibles dans les deux technologies.	Ces moteurs sont implantés dans de nombreux systèmes de production nécessitant des performances élevées (vis de boudineuse par exemple). Le guidage des arbres de sortie est en général suffisamment robuste pour supporter l'effecteur. Le couple au démarrage de ces moteurs est élevé, de l'ordre de 85 % du couple nominal.
Moteurs lents	Moteurs à pistons radiaux: ces moteurs permettent des vitesses très basses. La plage des vitesses possible est de 5 à 500 tr/min. La puissance peut atteindre 350 kW le couple 650 daNm pour une pression de 450 bars. Il existe des modèles à vitesse variable en technologie à barillet tournant. Moteurs à pistons axiaux et plateaux doubles: modèles très robustes servant souvent directement d'effecteur. Les vitesses possibles vont de 0 à 200 tr/min. La puissance peut atteindre 250 kW le couple 1000 daN.m pour une pression de 250 bars. Il n'y a pas de modèle à vitesse variable.	Ces moteurs servent directement de guidage à l'effecteur ou constituent l'effecteur (tambour de treuil, entraînement de roue de véhicule). lis permettent des vitesses très basses et acceptent une grande plage de variation de vitesse. Les rendements sont bons, de l'ordre de 90 %. Les couples au démarrage sont proches des couples nominaux (90 %).

Tableau 2. Caractéristiques des petits moteurs à engrenage APIM,Atos

Type de moteur	Pression maxi bars	Vitesse de rotation maxi tr/min	Vitesse de rotation mini tr/min	Cylindrée cm3 /tr	Couple à 100 bars en daN.m
APIM-102	150	3000	900	1,4	0,1
APIM-103	150	3000	850	2,1	0,2
APIM-1 04	150	3000	850	2,7	0,5
APIM-106	120	2500	700	4,1	5,0
APIM-107	100	2500	700	5,2	0,7
APIM-109	100	2000	500	6,2	0,8

PARTICULARITÉ DES MOTEURS HYDRAULIQUES

La particularité de tous les types de moteurs hydrauliques est de présenter des fuites internes liées au fonctionnement. Elles sont nécessaires pour assurer la lubrification. Pour éviter une mise sous pression trop importante du carter, il est obligatoire d'installer un drain à la partie supérieure.

La pression motrice

Comme nous l'avons vu dans les parties précédentes, la pression motrice dépend du couple résistant appliqué à l'actionneur. Les pressions de service seront à choisir a priori en fonction des utilisations définies dans le tableau des numéros production d'énergie hydraulique (Technologie no 109) et dimensionnement d'un vérin linéaire hydraulique (Technologie no 113). Cependant, pour faciliter la maîtrise des vitesses, il est préférable de choisir une pression proche des minimums indiqués.

Caractérisation des moteurs

Les moteurs sont caractérisés par la cylindrée par tour (quantité de fluide à introduire dans l'appareil pour obtenir une rotation d'un tour, cylindrée en cm,3/tr), qui en fonction de la pression de commande, et plus précisément de la différence de pression entre l'entrée et la sortie de l'appareil, permet de calculer le couple exercé par le moteur. Certains constructeurs fournissent le couple disponible pour une pression de référence, en général 100 bars. Le couple réel est obtenu alors par une règle de trois. Le constructeur indique aussi les plages de vitesses (voir les extraits des documents constructeur, tableau 2 et abaque 1.

Dans le cas des petits moteurs rapides, les fuites internes à basse vitesse sont importantes. C'est pourquoi le constructeur préconise des vitesses minimales en régime permanent. Il faut prendre garde à ce phénomène pendant les phases de démarrage, car il y a également une perte de couple importante lors de la période de mise en vitesse. Le tableau 3 donne pour les différents types de moteurs la fraction de couple au démarrage par rapport au couple nominal et une indication de rendement global en fonctionnement.

La vitesse de rotation

En fonctionnement normal, les vitesses dépendent directement du débit entrant dans le moteur (huile non compressible). On peut donc, en fonction des vitesses désirées, établir directement une relation entre les cylindrées (tableau 2) et les débits nécessaires. Comme pour le vérin linéaire, le moteur (couple, vitesse de rotation) et la pompe (débit, pression) sont indissociables et doivent être déterminés simultanément.

Possibilité de blocage en position

Tous les moteurs à pistons permettent le blocage en position. Vérifier que, lors de l'arrêt, les pressions atteintes du fait des inerties du système ne dépassent pas les limites admissibles.

Les moteurs rapides du fait des fuites internes ne permettent pas de blocages durables.

Vérification des charges extérieures

Il faut toujours vérifier la capacité de l'actionneur à supporter les charges extérieures qui lui sont appliquées. Celles-ci sont données dans les documents constructeurs. D'une manière générale, les moteurs à engrenage ou à palette ont des capacités assez faibles et devront être considérés comme des générateurs de couple. Il faut dans ce cas guider l'opérateur. Les autres types peuvent, sous réserve de vérification, servir de guidage au système.

Tableau 3. Rendements et capacités au démarrage des différents types

Principales caractéristiques	Moteurs rapides		Moteurs mixtes		Moteurs lents
	à engrenage	à palettes	à plateau	à axe incliné	radiaux	axiaux
Rendement global:	0,75	0,8	0,95	0,95	0,90	0,90
Couple de démarrage en % de C n.m	0,8	0,7	0,9	0,9	0,9	0,85

Abaque 1. Caractéristiques détaillées d'un moteur à pistons axiaux Atos

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