Actionneur hydraulique vs actionneur pneumatique : Différences clés, applications et sélection

Dans l'industrie moderne, les systèmes d'automatisation ne peuvent fonctionner sans actionneur et en ont besoin pour contrôler les opérations mécaniques telles que la poussée, la préhension, le positionnement et bien d'autres. Les types d'actionneurs peuvent être subdivisés en plusieurs catégories, mais les plus importants sont les actionneurs hydrauliques et pneumatiques, qui se distinguent par leur type d'énergie ou leur source d'énergie. Leurs performances et leurs principes de fonctionnement diffèrent largement les uns des autres, ce qui leur permet d'être utilisés dans une grande variété d'applications dans divers secteurs de l'industrie. Cet article vise à expliquer les différences les plus importantes entre les actionneurs hydrauliques et pneumatiques, leurs principaux avantages, les scénarios d'application typiques, et à offrir des conseils sur la façon de prendre la bonne décision lors du choix entre ces deux types d'actionneurs au cours du processus de conception.

Connaître les distinctions fondamentales entre les actionneurs hydrauliques et pneumatiques est aussi important que de connaître les règles de base de la grammaire lorsqu'on apprend une nouvelle langue. Une base solide permet de concevoir et d'optimiser une solution d'automatisation de manière plus fondamentale et plus efficace.

Qu'est-ce qu'un actionneur hydraulique ?

Un actionneur hydraulique est un dispositif qui utilise un liquide sous haute pression, généralement une huile hydraulique ou des lubrifiants d'équipement, et le transforme en mouvement ou en force. Son principe de base repose sur l'utilisation de liquides incompressibles. La pompe hydraulique génère une pression pour l'huile hydraulique, et cette huile est pompée à travers des tubes dans l'actionneur tel que les types de cylindres (comme les cylindres hydrauliques) et les moteurs. L'application continue de la pression du fluide provenant de l'huile à haute pression pousse contre les pistons ou les palettes dans l'actionneur et une grande poussée ou un couple important est obtenu permettant un mouvement linéaire ou un mouvement de rotation. Un système hydraulique complet est composé, entre autres, d'une pompe hydraulique, d'un moteur électrique pour l'entraîner, d'un réservoir, d'un filtre, d'un refroidisseur, de vannes de contrôle, de tuyaux et de raccords. Comme on le sait, un système hydraulique est l'une des meilleures solutions dans les applications où une grande précision et un contrôle important sont nécessaires avec une force de sortie élevée, en particulier dans les scénarios de charges lourdes, souvent appelés force brute ou puissance maximale. C'est un fait établi depuis longtemps dans l'industrie.

Qu'est-ce qu'un actionneur pneumatique ?

Un actionneur pneumatique utilise l'énergie du gaz comprimé, généralement la pression de l'air, pour créer une force et un mouvement. Son principe de fonctionnement repose sur un compresseur d'air qui comprime l'air ambiant et le stocke dans un réservoir. L'air est ensuite traité dans des unités de préparation qui comprennent des filtres, des régulateurs et, dans certains cas, des lubrificateurs. Le réservoir, y compris ses filtres, régulateurs et lubrificateurs, doit être exempt d'huile, de saleté et d'humidité, et présenter une pression correcte. L'air comprimé sec et propre contrôlé par la pression est ensuite envoyé par des tuyaux à l'actionneur qui peut être un cylindre pneumatique ou un moteur, également connu sous le nom de dispositifs pneumatiques. L'actionneur, connu sous le nom de type à déplacement positif, répond au signal pneumatique et pousse ou fait tourner le piston et les ailettes, permettant ainsi un mouvement linéaire ou rotatif. Les systèmes pneumatiques sont privilégiés en raison de leur structure simple, de leur fonctionnement rapide et de leur propreté. Ils sont courants dans les applications à faible charge et dans les chaînes de production.

Principales différences : Une comparaison détaillée

Les actionneurs hydrauliques et pneumatiques fonctionnent tous deux à l'aide de la pression d'un fluide, mais leurs performances, les caractéristiques du système, l'adaptabilité à l'environnement et les coûts diffèrent grandement. Ces distinctions sont importantes pour déterminer quelle technologie s'applique le mieux à un contexte donné.

Différences de performance

Les différences se situent au niveau de la force et de la densité de puissance. Les systèmes hydrauliques fonctionnent souvent à des pressions plus élevées, allant de dizaines à des centaines de mégapascals, ce qui permet aux moteurs hydrauliques de produire une poussée énorme ou un couple élevé. Les moteurs hydrauliques sont souvent préférés pour les opérations nécessitant un couple très élevé ou une force importante, par exemple le levage de charges lourdes, le serrage ou les entraînements à couple élevé. Ils ont en outre une densité de puissance élevée, c'est-à-dire qu'ils peuvent fournir une grande force dans un petit volume. Avec les systèmes pneumatiques, la pression de fonctionnement est plus faible, généralement de 0,4 à 1,0 MPa, et la force de sortie est donc également plus faible. La force de sortie peut être augmentée en utilisant des actionneurs plus grands, mais cela les rend moins compacts.

En termes de réponse à la vitesse et de contrôle de la vitesse, les actionneurs pneumatiques ont un avantage concurrentiel en termes de réponse et de mouvement plus rapide, capable de vitesses élevées. Leur disponibilité est caractérisée par la faible densité et la facilité d'écoulement du gaz, ce qui leur permet de démarrer et de s'arrêter rapidement. Pour ces raisons, ils conviennent aux actions à forte accélération. Mais en raison de la compressibilité de l'air, le contrôle précis de la vitesse dans les systèmes pneumatiques est difficile et facilement modifié par la charge. Au contraire, les systèmes hydrauliques se déplacent plus lentement mais ont un contrôle précis et stable de la vitesse au niveau supérieur en raison de l'incompressibilité du liquide. Ils peuvent également maintenir une vitesse fixe sous l'effet de variations constantes de la charge, ce qui permet des mouvements linéaires précis.

Les actionneurs hydrauliques sont inégalés en termes de précision, de rigidité et de capacité de positionnement. En raison de l'incompressibilité des liquides, les systèmes hydrauliques présentent un degré élevé de rigidité et, par conséquent, de très faibles variations de position et de vitesse sous l'effet d'influences extérieures. Cela permet d'obtenir un mouvement stable et une précision dans la position maintenue, ce qui est essentiel dans les systèmes qui nécessitent un contrôle précis de la position ou de la force. Les systèmes pneumatiques sont moins efficaces en raison de la compressibilité du gaz, de la rigidité réduite, de la présence de déformations élastiques, de la dérive de la position en cas de variation de la charge, et nécessitent des techniques de contrôle élaborées pour tenter d'obtenir un positionnement de haute précision.

Différences dans les caractéristiques des systèmes et dans l'environnement

Les systèmes hydrauliques sont généralement plus complexes que les systèmes pneumatiques en termes de complexité et de pièces. Une unité de puissance hydraulique complète, des valves complexes et une tuyauterie à haute pression doivent être présentes. Les systèmes pneumatiques sont assez simples. Un compresseur d'air, un réservoir, des unités de préparation de l'air, des vannes et des tuyaux sont les principales unités à inclure.

En ce qui concerne l'adaptabilité et la propreté de l'environnement, les systèmes pneumatiques ont un avantage. Leur utilisation d'air comprimé propre et sec augmente encore leur efficacité. Aucune contamination n'est causée par des fuites, ce qui permet de les utiliser dans les industries qui exigent une très grande propreté, telles que l'industrie alimentaire, pharmaceutique et électronique. Les pièces pneumatiques sont également moins sensibles aux variations périphériques de température, même dans les régions où les températures sont extrêmes. Les systèmes hydrauliques utilisent de l'huile. Cette huile peut également fuir, ce qui entraîne une contamination, un risque d'endommagement et l'implication potentielle de matières dangereuses. Ces systèmes doivent également présenter un degré élevé de propreté de l'huile. L'huile est sensible aux changements de température, ce qui peut affecter les performances et accroître la nécessité de prendre des mesures extrêmes supplémentaires, en particulier dans des températures extrêmes.

La sécurité est une autre préoccupation. La pression élevée à laquelle les systèmes hydrauliques fonctionnent présente des risques plus importants et exige des précautions de sécurité plus strictes et le respect des exigences en matière de sécurité mécanique. D'un autre côté, les systèmes hydrauliques ont de bonnes capacités d'autoblocage ; ils conservent leur position en cas de perte de puissance. Les systèmes pneumatiques ont une pression de fonctionnement plus faible, ce qui les rend plus sûrs, mais ils perdent généralement leur capacité à maintenir leur position en cas de perte d'air.

Différences économiques et de maintenance

En ce qui concerne les dépenses, les systèmes pneumatiques sont souvent moins chers en raison de leurs pièces moins coûteuses et de leur facilité d'installation. En revanche, les systèmes hydrauliques sont plus coûteux en raison de leurs installations complexes et de leurs équipements onéreux.

Les dépenses énergétiques posent toutefois un autre problème, car la nécessité de produire de l'air comprimé fait grimper ces coûts pour les systèmes pneumatiques, en particulier s'ils fonctionnent à un niveau d'efficacité inférieur à l'optimum. Paradoxalement, alors qu'une installation hydraulique peut économiser de l'énergie dans certaines applications, les coûts permanents liés à l'huile hydraulique et au remplacement des filtres sont plutôt négatifs.

Les systèmes pneumatiques devraient bénéficier d'une réduction des besoins de maintenance, car une seule tâche domine la préparation des unités d'air. La propreté de l'huile, le remplacement des joints et des filtres, ainsi que les contrôles de dégraissage, rendent les installations hydrauliques plus complexes. Les constructeurs intègrent souvent le dépannage à l'entretien général et la connaissance des systèmes délicats nécessite des compétences spécialisées.

Voici un tableau comparatif concis des actionneurs hydrauliques et pneumatiques :

Caractéristique	Actionneur hydraulique	Actionneur pneumatique
Moyen de travail	Liquide (huile hydraulique)	Gaz (air comprimé)
Pression de fonctionnement	Haut	Faible
Force de sortie	Haute, haute densité de puissance	Relativement faible
Contrôle de la vitesse	Précision et stabilité	Difficile à contrôler avec précision
Précision/rigidité	Haut	Faible
Complexité du système	Complexe	Simple
Propreté de l'environnement	Sujet à fuites de liquidene convient pas aux environnements propres	Propre et écologique, convient aux environnements propres
Sécurité	Risque de haute pression, généralement autobloquant	Sécurité basse pression, perd sa position en cas de perte d'air
Coût initial	Haut	Faible
Maintenance	Complexe	Simple

Avantages des actionneurs hydrauliques

Les actionneurs hydrauliques offrent des avantages clés dans des applications spécifiques :

• Une force de sortie immense : L'actionneur hydraulique peut produire une poussée ou un couple supérieur à n'importe quel système pneumatique, ce qui le rend très utile dans les applications lourdes car il est capable de fournir une force brute et d'imposer sa puissance.
• Haute précision et rigidité : Convient le mieux aux applications qui nécessitent un contrôle précis de la position, de la vitesse de mouvement et un degré élevé de rigidité, ce qui permet d'obtenir des mouvements linéaires précis.
• Mouvement doux : Il est possible d'obtenir un mouvement très doux et contrôlable qui convient parfaitement aux mouvements nécessitant une force continue et uniforme.
• Contrôle de verrouillage automatique : Maintient sa position en toute sécurité même en cas de coupure de courant ou de pression, ce qui améliore la sécurité.

Avantages des actionneurs pneumatiques

Les actionneurs pneumatiques présentent des avantages uniques dans de nombreux domaines de l'automatisation :

• Structure de base et prix économique : Investissement initial réduit et frais d'installation limités, ce qui est optimal pour nos applications à budget limité.  
• Réaction et mouvements rapides : Capable de démarrer et de s'arrêter rapidement et d'effectuer des mouvements cycliques à grande vitesse, il permet un retour encore plus rapide.  
• Non polluant et respectueux de l'environnement : Applicable dans les zones sensibles à la propreté car le milieu de travail est non polluant.  
• Il est plus facile d'obtenir une protection antidéflagrante : Pas d'utilisation d'énergie électrique, ce qui signifie une plus grande sécurité dans les environnements explosifs ou inflammables.  
• Protection contre les surcharges : Protection du système par arrêt automatique en cas de surcharge.

Scénarios d'application typiques

Actionneur hydraulique

Les actionneurs hydrauliques sont fréquemment utilisés dans les applications industrielles qui exigent des niveaux de force élevés, un contrôle précis ou un fonctionnement dans des environnements difficiles :

• Matériel de construction : Les excavateurs, les grues, les bulldozers, etc., utilisent des cylindres hydrauliques pour soulever et creuser avec puissance. Il s'agit d'équipements de construction lourds.
• Presses industrielles et machines d'emboutissage : Elles sont utilisées pour l'emboutissage et d'autres processus de formage des métaux qui nécessitent une pression considérable.
• Machines de moulage par injection et de moulage sous pression : Elles sont utilisées dans les processus de moulage pour le serrage et l'injection, deux processus qui nécessitent un contrôle précis et des niveaux de force élevés.
• Ingénierie marine et offshore : Ils sont utilisés dans les systèmes de gouvernail ainsi que dans les treuils d'ancre et les panneaux d'écoutille qui doivent supporter de lourdes charges et fonctionner dans des environnements difficiles.
• Équipement métallurgique : Ils sont utilisés pour la réduction des laminoirs et l'ouverture des portes des fours, qui sont tous deux soumis à des températures élevées et à des charges lourdes.

Actionneur pneumatique

Les actionneurs pneumatiques sont très présents sur le marché lorsqu'il y a une forte exigence de vitesse, d'automatisation, de propreté ou de faibles coûts, en particulier dans les équipements de manutention et autres applications industrielles :

• Lignes de production automatisées : Pour saisir, placer, pousser, serrer, trier, ainsi que d'autres mouvements répétitifs à grande vitesse, permettant une grande variété de mouvements.
• Machines d'emballage : Pour le scellage, la découpe, le transport, la palettisation des sacs d'emballage et bien d'autres choses encore.
• Traitement des aliments et des boissons : Leur nature propre se prête à une large utilisation dans le transport, la distribution et l'emballage des produits alimentaires.
• Produits pharmaceutiques et équipements médicaux : Dans la production et le conditionnement des produits pharmaceutiques et dans le contrôle des équipements médicaux, qui exigent un niveau élevé de propreté et de sécurité.
• Automatisation des vannes : Pour le contrôle de l'ouverture/fermeture et la régulation de diverses vannes industrielles.

Sélection de l'actionneur adapté à vos besoins

Le choix entre un actionneur hydraulique et un actionneur pneumatique n'est pas une simple question de supériorité de l'un par rapport à l'autre ; il dépend des exigences spécifiques de l'application. Il dépend des exigences spécifiques de l'application. Il faut donc prendre en compte de nombreux facteurs pour prendre la bonne décision :

1. Force ou couple requis : Il s'agit du facteur le plus important. Évaluez la force maximale et continue nécessaire. Si une force immense est nécessaire, l'hydraulique est généralement la seule option.
2. Vitesse du mouvement et précision du contrôle : Déterminer les exigences de l'application en matière de vitesse du mouvement et de précision du contrôle de la vitesse.
3. Variation de la charge : Si la charge varie fréquemment et de manière significative et qu'il est nécessaire de maintenir la stabilité de la position ou de la vitesse, les systèmes hydrauliques présentent un avantage.
4. Environnement de travail : Tenez compte de la propreté de l'environnement, de la température, de l'humidité et de la présence de substances inflammables/explosives, y compris les matières dangereuses ou les zones de températures extrêmes.
5. Budget des coûts : Évaluer l'investissement initial et les coûts d'exploitation et de maintenance à long terme.
6. Complexité du système et capacité de maintenance : Tenir compte des capacités d'installation et de maintenance sur site et de la tolérance à la complexité du système.
7. Alimentation en énergie : Confirmer la disponibilité d'une source d'énergie à haute pression (pour la pompe hydraulique) ou d'une source d'air comprimé sur le site.
8. Exigences en matière de sécurité : Tenez compte des exigences de sécurité spécifiques à l'application, telles que le verrouillage automatique en cas de coupure de courant ou la protection contre les explosions, et le respect des exigences en matière de sécurité mécanique.

L'évaluation complète de ces facteurs permet de prendre une décision plus éclairée quant à la technologie d'actionnement la mieux adaptée à une application spécifique au cours du processus de conception.

VINCER : fournisseur de solutions fiables en matière de vannes actionnées

Fondée en 2010, VINCER se concentre sur la fourniture de solutions de vannes automatisées et possède plus de dix ans d'expérience dans le domaine des vannes commandées par des actionneurs électriques et pneumatiques. Nous avons une connaissance approfondie des besoins spécifiques des industries telles que le dessalement, la transformation des aliments et l'exploitation minière, et nous nous engageons à fournir des services de vannes automatisées de haute qualité et à guichet unique. L'avantage principal de VINCER réside dans la fourniture de solutions de vannes automatisées rentables. Par rapport aux marques internationales, nous avons des avantages de prix significatifs tout en garantissant la qualité et la performance des produits, ce qui aide les clients à réduire leurs coûts d'approvisionnement.

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VINCER dispose d'une équipe d'ingénieurs professionnels capables d'analyser en détail les besoins des clients sous huit aspects : analyse du fluide, méthode de contrôle, analyse de la température, exigences matérielles, analyse de la pression du fluide, temps d'ouverture et de fermeture du fluide, détermination de la norme de connexion, position et espace d'installation, de fournir une sélection professionnelle et précise et une conception de solution, et de fournir des services d'approvisionnement à guichet unique. Nous contrôlons strictement la qualité et nos produits ont obtenu les certifications CE, RoHS, SIL, FDA et autres. L'entreprise a obtenu la certification ISO9001 pour garantir la fiabilité des produits.

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Tendances futures de la technologie des actionneurs

La technologie des actionneurs évolue constamment pour répondre à la demande croissante de l'industrie en matière d'intelligence, d'efficacité et de durabilité. Les tendances futures incluent l'intégration d'un plus grand nombre de capteurs et de fonctions de communication afin d'obtenir un contrôle et une surveillance de l'état plus intelligents, tout en améliorant l'efficacité globale du système afin de réduire les coûts d'exploitation et de maximiser l'efficacité. Elles favoriseront également l'intégration et la modularisation des actionneurs avec d'autres composants afin de simplifier la structure du système. Au fur et à mesure que la technologie progresse, les actionneurs électriques seront de plus en plus utilisés en raison de leurs avantages en termes de précision et de contrôlabilité. En outre, l'industrie accorde de plus en plus d'attention à l'utilisation de matériaux et de processus respectueux de l'environnement afin de réduire les fuites de fluides et les risques de dommages. Toutes ces tendances favoriseront conjointement le développement de la technologie des actionneurs et offriront de nouvelles possibilités pour les applications industrielles futures.

Conclusion

Les actionneurs hydrauliques et pneumatiques sont deux technologies essentielles dans le domaine industriel, chacune présentant des avantages et des domaines d'application particuliers. En raison de leur haute précision et de leur force puissante, les systèmes hydrauliques sont essentiels dans les domaines des charges lourdes et du contrôle de précision. Les systèmes pneumatiques, quant à eux, sont principalement utilisés dans les lignes de production automatisées en raison de leur simplicité, de leur rapidité et de la propreté de leur fonctionnement. Le choix approprié est basé sur l'analyse des besoins de l'application et sur des considérations de pesée.

VINCER, en tant que fournisseur de vannes actionnées, applique les principes de rentabilité, de large gamme de produits, de forte personnalisation et de service professionnel pour garantir des solutions de vannes fiables aux clients, optimisant ainsi les systèmes de contrôle des fluides pour une efficacité et une efficience opérationnelles accrues. Les actionneurs évolueront certainement avec les progrès technologiques, devenant de plus en plus intelligents, efficaces et respectueux de l'environnement, ce qui aura un impact plus important sur l'automatisation industrielle à l'avenir, se révélant comme l'un des outils de travail les plus polyvalents de l'industrie moderne.