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Quelles sont les performances des actionneurs électriques par rapport aux vérins hydrauliques dans des conditions d'exploitation difficiles ?

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Conditions thermiques (chaleur/froid), durée de vie et entretien

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1. Environnement thermique

La gestion de la chaleur constitue un problème majeur pour les systèmes hydrauliques. Les pertes de rendement de ces systèmes entraînent une surchauffe. Des températures de fluide hydraulique supérieures à 80 °C endommagent la plupart des matériaux d’étanchéité et accélèrent la dégradation de l’huile. La conception des circuits peut jouer un rôle important dans la génération de chaleur. Les flexibles, les raccords et autres composants peuvent également être en cause s’ils ne sont pas correctement dimensionnés par rapport aux besoins en débit. Des systèmes sophistiqués de détection de charge permettent d’atténuer la plupart des problèmes de chaleur, mais peuvent s’avérer coûteux. Les échangeurs de chaleur constituent un moyen économique de gérer ce problème sans surdimensionner de manière significative votre réservoir et, par conséquent, l’encombrement de votre groupe hydraulique (HPU).

Il existe deux façons de résoudre les problèmes de surchauffe dans les systèmes hydrauliques : réduire la charge thermique ou augmenter la dissipation thermique. Les systèmes hydrauliques dissipent la chaleur par le biais du réservoir, en maintenant un niveau d’huile adéquat ou en utilisant un échangeur de chaleur. Maintenir un système hydraulique en bon état pour gérer la chaleur nécessite une attention et un entretien constants.

Les actionneurs électriques peuvent parfois surchauffer, mais cela est généralement dû à des variations extrêmes du cycle de service ou à une utilisation de l’actionneur au-delà de ses capacités nominales. Des variations extrêmes de la température ambiante non prises en compte lors de la conception peuvent également provoquer une surchauffe, mais ces conditions constituent des exceptions et ne se produisent généralement pas dans la plupart des environnements d’automatisation industrielle. Grâce à leur rendement supérieur et à la précision de leur dimensionnement, les systèmes d’actionneurs électriques peuvent être sélectionnés pour fonctionner à la température souhaitée en fonction de la charge de travail requise. La prévision précise de la température permet au système d’actionneurs électriques de fonctionner de manière constante sans affecter la durée de vie de l’appareil.

2. Environnement froid

Les températures froides posent d’autres problèmes aux systèmes hydrauliques. L’huile froide entraîne un fonctionnement lent et irrégulier jusqu’à ce qu’elle se réchauffe, ce qui provoque à son tour d’importantes variations de force et de vitesse. Les variations de température du chaud au froid peuvent également affecter l’intégrité du joint de tige, un composant essentiel qui contribue à prévenir les fuites et la contamination. Les réchauffeurs de réservoir d’huile permettent de gérer les températures de démarrage, mais ils constituent un composant et un coût supplémentaires.

Les actionneurs électriques, en revanche, peuvent être utilisés avec une graisse résistante aux températures extrêmes, ce qui permet des démarrages rapides et efficaces par temps froid. Il existe généralement une légère différence de performance en termes de répétabilité de la force entre les températures froides et chaudes. Cette différence est acceptable dans la plupart des applications, ce qui rend souvent préférable le choix d’actionneurs électriques plutôt qu’hydrauliques.

3. Durée de vie et entretien

Les systèmes hydrauliques sont des dispositifs robustes et largement utilisés qui peuvent avoir une longue durée de vie. En contrepartie, ils nécessitent un entretien fréquent et une attention particulière pour atteindre les performances souhaitées tout au long de la durée de vie du système. Le maintien de l’intégrité des joints de tige et de piston est essentiel à la répétabilité, car ce sont les principaux éléments qui contiennent la pression nécessaire au mouvement et à la force. Si ces composants s’usent ou sont endommagés, ils doivent être remplacés. Sinon, la force sera réduite à la pression initiale ou des « fuites de pression » affecteront la vitesse. Le remplacement périodique des filtres à huile et de l’huile fait partie des tâches d’entretien supplémentaires. Une huile contaminée ou dégradée peut également nuire gravement au fonctionnement du système. Négliger ces opérations d’entretien entraînera des fuites ou une contamination, ainsi qu’une défaillance prématurée des composants.

En revanche, les actionneurs électriques dimensionnés pour la durée de vie d’une application ne nécessitent aucun entretien. Les principaux éléments de puissance d’un actionneur électrique sont la vis de puissance et les autres éléments de palier de butée. Ces éléments sont dotés d’une spécification de charge dynamique nominale (DLR) qui permet d’estimer la quantité de travail (force sur distance) qu’un actionneur électrique est capable d’accomplir. En utilisant une estimation de durée de vie L10 conforme aux normes industrielles, on peut estimer avec une fiabilité de 90 % que les actionneurs électriques dureront dans une application donnée.

Ces éléments de puissance sont généralement graissés à vie, mais des méthodes de graissage simples et réalisables sur site peuvent être appliquées si nécessaire. L’autre élément d’usure d’un actionneur électrique à tige est le joint de tige, conçu pour empêcher l’eau, la poussière et d’autres contaminants environnementaux de pénétrer dans les composants internes de l’actionneur. Contrairement aux joints de vérins hydrauliques, aucune pression ne doit être maintenue à l’intérieur de l’actionneur pour assurer son bon fonctionnement. Même en cas de défaillance du joint, l’actionneur continuera de fonctionner. Les joints de tige de la plupart des actionneurs électriques peuvent être remplacés facilement et à moindre coût en cas de dommage. Une mauvaise utilisation est la principale cause de défaillance des actionneurs électriques. Le dépassement des spécifications de performance de l’actionneur pendant des périodes prolongées ou une négligence grave constituent les facteurs de mauvaise utilisation les plus courants.