Guide de dépannage : Dérive et fluage des vérins hydrauliques - Diagnostic des fuites internes, vérification des joints, test des soupapes de décharge et vérification de la pression de pilotage

1. Description du problème et champ d'application

Ce manuel est destiné à diagnostiquer et dépanner la dérive (mouvement lent indésirable d'un vérin hydraulique sous charge) et le fluage (mouvements courts et saccadés indésirables d'un vérin hydraulique) dans les systèmes hydrauliques industriels. Ces phénomènes peuvent entraîner un positionnement imprécis, une diminution des performances des équipements, des risques de dommages au produit et, dans les cas critiques, des situations dangereuses pour le personnel. Le problème concerne les presses, les machines-outils, les mécanismes de levage, les robots industriels et autres machines utilisant des entraînements hydrauliques.

Classement de gravité :

• Critique : Dérive ou fluage qui constitue une menace immédiate pour la sécurité de l'opérateur, affecte considérablement la qualité du produit ou entraîne un arrêt complet de la production. Nécessite une intervention immédiate.
• Significatif : Dégradation des performances, usure accrue des composants, augmentation du temps de cycle entraînant des pertes d'efficacité notables. Il faut l'éliminer le plus rapidement possible.
• Mineur : écarts mineurs par rapport à la position souhaitée qui n'affectent pas de manière critique le processus de production ou la sécurité, mais indiquent le stade initial du développement d'un défaut. Nécessite un diagnostic et une planification des réparations.

2. Précautions

AVERTISSEMENT ! Avant de commencer tout travail de diagnostic ou de réparation sur les systèmes hydrauliques, assurez-vous de respecter les précautions de sécurité suivantes :

• LOCKOUT/TAGOUT : Assurer l'arrêt complet de l'équipement et appliquer les procédures LOTO conformément aux normes internes de l'entreprise et aux exigences DSTU EN 1037.
• DÉCHARGE DE L'ÉNERGIE STOCKÉE : Les systèmes hydrauliques peuvent conserver une pression importante même après l'arrêt de la pompe. Assurez-vous que toute pression est complètement évacuée avant de débrancher tout composant ou tuyauterie. Utilisez des manomètres pour confirmer la pression nulle. N'essayez pas de démonter les composants sous pression.
• ÉQUIPEMENT DE PROTECTION INDIVIDUELLE (EPI) : Utilisez toujours des lunettes ou un écran de sécurité, des gants de protection, des vêtements de travail appropriés et des chaussures de sécurité. Le fluide hydraulique chaud et les jets à haute pression peuvent provoquer des brûlures et des blessures graves.
• CONTRÔLE DE LA TEMPÉRATURE DU FLUIDE : Le fluide hydraulique peut être très chaud (jusqu'à 80 °C et plus). Laissez le système refroidir à une température sûre avant tout contact.
• DANGER D'INJECTION DE FLUIDE : Les fuites de liquide hydraulique à haute pression peuvent pénétrer dans la peau, provoquant des blessures graves nécessitant des soins médicaux immédiats. Ne vérifiez jamais les fuites avec vos mains. Utilisez un morceau de carton ou tout autre matériau approprié.
• SUPPORT DU CYLINDRE : Si le cylindre est en position surélevée ou supporte un poids, utilisez des supports mécaniques ou des verrouillages pour l'empêcher de tomber de manière inattendue pendant le fonctionnement.

3. Outils de diagnostic nécessaires

L'ensemble d'outils suivant est requis pour un diagnostic et un dépannage efficaces de la dérive et du fluage des vérins hydrauliques :

4. Liste de contrôle pour l'évaluation initiale

Avant de commencer des procédures de diagnostic détaillées, il est nécessaire de collecter des informations de base et d’effectuer une première évaluation visuelle. Cela aidera à affiner les causes potentielles.

5. Algorithme de diagnostic systématique

Cet algorithme étape par étape aidera à identifier systématiquement la cause profonde de la dérive ou du fluage des vérins hydrauliques.

1. Confirmation de dérive/fluage et isolation du système :
   1. Coupez le système hydraulique, appliquez LOTO. ATTENTION : Relâchez la pression !
   2. Verrouillez mécaniquement le cylindre en position (si possible et sûr).
   3. Débranchez les deux conduites hydrauliques du cylindre. Branchez les conduites et les ports de cylindre déconnectés.
   4. Laissez le vérin sous charge pendant un certain temps (si possible et sûr) ou dans une position où une dérive a été précédemment observée.
   5. SI le cylindre continue de dériver (changement lentement de position) après avoir débranché les conduites et bouché les ports ALORS :
      • CAUSE PROFONDE : Fuites du joint interne du piston du cylindre. Passez à 7.1.
   6. SINON SI le cylindre ne dérive pas après avoir débranché les conduites et bouché les ports ALORS :
      • CAUSE PROFONDE : Fuites dans les composants hydrauliques externes (vannes, flexibles, pompe). Passez à 5.2.
2. Diagnostic des composants externes :
   1. Vérifier les clapets de décharge/anti-retour :
      • SI le système est équipé de clapets de décharge ou de clapet anti-retour sur les conduites de cylindre (souvent intégrés au cylindre ou à l'unité de commande), ALORS :
        • Inspectez visuellement les soupapes pour déceler des fuites externes.
        • Mesurez la pression aux entrées et sorties des vannes tout en maintenant la charge statiquement.
        • SI la pression de sortie de la vanne (vers le cylindre) chute plus rapidement que la pression d'entrée (du distributeur), ALORS :
          • COMPOSANT DU PROBLÈME : Défaillance du clapet de décharge/anti-retour (saleté, usure, dommage au ressort). Passez à 7.2.
        • SINON SI la pression se maintient mais que le cylindre dérive ALORS :
          • Le problème est probablement en amont ou dans le cylindre lui-même (si le bouchon n'était pas fiable).
   2. Diagnostic du distributeur (valve de commande directionnelle) :
      • Débranchez les conduites de pression (P) et de vidange (T) du distributeur (si cela est sûr et techniquement possible) ou bloquez les ports respectifs.
      • Appliquer une pression sur les conduites de cylindre restant connectées au distributeur et maintenir le cylindre en position de fonctionnement.
      • SI le cylindre dérive ALORS :
        • COMPOSANT DU PROBLÈME : Fuites internes du tiroir du distributeur. Passez à 7.3.
      • SINON SI le cylindre ne dérive pas ALORS :
        • Le problème vient probablement de la pression de pilotage ou de la commande électrique. Allez au point 5.2.3.
   3. Vérification de la pression pilote et de la commande électrique (pour les vannes pilotées) :
      • Mesurez la pression pilote réelle appliquée à la vanne. Il doit répondre aux spécifications du fabricant (généralement 10-30 bars).
      • Mesurez la tension et le courant au niveau des solénoïdes de commande de la vanne. Ils doivent être conformes à la norme (par exemple 24V DC ou 230V AC).
      • SI la pression de pilotage est faible ou instable, ou le signal électrique est incorrect ALORS :
        • DOMAINE DU PROBLÈME : Problèmes avec la source de pression de pilotage (réducteur, fuite de ligne) ou défaillance d'une pièce électrique (solénoïde, câblage, contrôleur). Passez à 7.4.
   4. Diagnostic des accumulateurs hydrauliques (si présents dans le système) :
      • Vérifier la pression de suralimentation de l'accumulateur hydraulique. Une charge insuffisante peut provoquer une instabilité et une dérive du système. La pression de suralimentation doit correspondre aux instructions du fabricant (généralement 70 à 80 % de la pression minimale de fonctionnement).
      • SI la pression de suralimentation est inférieure à la normale ALORS :
        • COMPOSANT DU PROBLÈME : Défaillance de l'accumulateur (fuite de gaz, dommage au diaphragme/vessie). Passez à 7.5.

6. Matrice des causes de dysfonctionnement

7. Analyse des causes profondes des dysfonctionnements

7.1. Fuites internes des joints de piston de vérin hydraulique

Explication : Il s'agit de l'une des causes les plus courantes de dérive des cylindres. Les joints de piston (manchettes, joints toriques, joints combinés) sont conçus pour séparer les chambres du cylindre et empêcher le fluide de s'écouler d'un côté à l'autre du piston. Au fil du temps, en raison de l'usure mécanique, de l'exposition aux particules abrasives présentes dans le fluide, des températures élevées, de la dégradation chimique du fluide ou d'une mauvaise installation, les joints perdent leur élasticité et leur étanchéité. Cela provoque l'écoulement du fluide sous pression à travers le piston de la chambre haute pression vers la chambre basse pression, provoquant un mouvement indésirable du cylindre.

Confirmation : La meilleure façon de confirmer cela est d'isoler le cylindre comme décrit en 5.1. Si le vérin dérive après avoir débranché et bouché les conduites hydrauliques, les joints de piston en sont presque certainement la cause. De plus, les fuites internes peuvent être mesurées à l’aide d’un débitmètre hydraulique. Connectez le débitmètre à l'une des conduites du cylindre (fermez l'autre), appliquez une pression sur le côté opposé du piston. Une fuite de liquide supérieure à 0,5 à 1 % du volume maximum du cylindre par minute à la pression nominale peut indiquer des joints usés. De plus, lors du démontage du cylindre, les joints paraîtront usés, durcis, présenteront des fissures ou des traces de dommages.

Effets : Si elles ne sont pas traitées, les fuites internes entraînent : une perte de précision de positionnement, une consommation d'énergie excessive de la pompe (qui essaie constamment de compenser la fuite), une surchauffe du fluide hydraulique, une usure accélérée d'autres composants du système en raison de la contamination et de la surchauffe, ainsi que des défaillances potentielles dans le processus de fabrication.

7.2. Dysfonctionnement du clapet de décharge/anti-retour sur le cylindre

Explanation: Counterbalance valves or lock valves, often integrated directly into the cylinder or installed in its immediate vicinity, are designed to prevent free fall or uncontrolled movement of the cylinder under the action of an external load (for example, gravity) in the absence of pressure in the control lines. Wear on the valve internals, dirt, foreign particles trapped under the spool, damage to the valve seat, or a loose/broken spring can all cause internal leakage through the valve, allowing the cylinder to drift.

Confirmation: With the power off (LOTO) and the system drained, disconnect the drain line from the valve and apply pressure to the valve inlet holding the cylinder. S'il y a un débit de liquide important depuis la conduite de vidange (supérieur à 0,2 l/min à pression nominale), cela confirme une fuite interne. De plus, lors du démontage de la vanne, recherchez des signes d'usure sur le tiroir, le siège, des dommages au ressort ou une contamination.

Consequences: Uncontrolled fall or movement of the cylinder, which can cause damage to equipment, risk of injury to personnel and inability to precisely position the load. Cela entraîne également une surchauffe et une perte d'énergie.

7.3. Fuites internes du tiroir distributeur (distributeur directionnel)

Explication : Le distributeur (distributeur hydraulique) est chargé de diriger le flux de fluide hydraulique vers les chambres de cylindre respectives. Il se compose d'un boîtier et d'une bobine de précision. Au fil du temps, en raison de l'usure abrasive due à un fluide contaminé, à la cavitation ou à une mauvaise installation, les jeux entre la bobine et le corps augmentent. Cela permet au fluide de s'écouler de la conduite de pression (P) vers la conduite de vidange (T) ou entre les ports menant au cylindre (A, B) lorsque le tiroir est en position neutre ou fermée. Cela entraîne une dérive du cylindre car la pression n'est pas suffisamment maintenue.

Confirmation : Isoler le distributeur du cylindre comme décrit au paragraphe 5.2.2. Appliquez une pression à l'entrée P du collecteur et fermez les conduites A et B du collecteur. S'il y a un débit notable de fluide provenant de l'orifice de vidange T (supérieur à 0,5 L/min pour une vanne neuve, 5 à 10 L/min pour une vanne usée), cela indique une fuite interne. Il est également possible d'augmenter la température du boîtier du distributeur dans la zone de fuite, détectable avec un pyromètre (différence > 5°C).

Conséquences : Perte de contrôle des vérins, dérive, réponse lente du système, surchauffe du fluide hydraulique, efficacité réduite du système et augmentation de la consommation électrique de la pompe.

7.4. Problèmes de pression de pilotage ou de commande électrique

Explication : De nombreuses vannes hydrauliques (en particulier les vannes de grande taille ou de commande à distance) utilisent la pression pilote pour actionner le tiroir. Si la pression pilote est insuffisante (par exemple, en raison d'une fuite dans la conduite de commande pilote, d'un dysfonctionnement de la soupape de surpression pilote, d'une contamination ou d'un bouchage des petits trous) ou si le signal électrique envoyé au solénoïde de commande pilote est instable/absent (solénoïde défectueux, câblage ouvert, problème de PLC), la vanne peut ne pas se fermer complètement ou ne pas maintenir sa position, provoquant une dérive.

Confirmation : Mesurez la pression de pilotage directement à l'entrée de la vanne de régulation. Comparez-le avec les spécifications du fabricant. Vérifiez le signal électrique sur les solénoïdes avec un multimètre (tension, résistance des enroulements). La résistance typique de l'enroulement du solénoïde est de 10 à 30 ohms. Une faible pression pilote (par exemple <10 bar lorsqu'une pression de 15 bar est requise) ou un signal électrique absent/instable (tension inférieure à 90 % de la valeur nominale) confirme le problème.

Conséquences : Impossibilité de contrôle complet des vannes, dérive des cylindres, mauvais fonctionnement du système, panne d'équipement.

7.5. Panne de l'accumulateur hydraulique

Explication : Les accumulateurs hydrauliques sont utilisés pour maintenir la pression, compenser les différences de volume de fluide, amortir les pulsations et fournir un volume de réserve de fluide. Si l'accumulateur perd sa charge de gaz (en raison d'une fuite de la chambre à gaz ou d'un endommagement de l'élément de séparation - bulle/diaphragme), il ne peut pas remplir efficacement ses fonctions. Cela peut entraîner une instabilité de la pression du système, une rétention de charge insuffisante et, par conséquent, une dérive des cylindres.

Confirmation : Mesurez la pression de la charge de gaz à l'aide d'un appareil spécial de chargement et de test de batterie. Elle doit répondre aux spécifications du fabricant, généralement 70 à 80 % de la pression de fonctionnement minimale du système. Une chute de pression inférieure à 50 % de la normale est critique. Le liquide s'écoulant du côté gaz de la batterie indique un endommagement de l'élément de séparation.

Conséquences : Pression instable dans le système, à-coups du vérin, usure accrue de la pompe et des autres composants du fait des chocs hydrauliques, dérive du vérin.

8. Séquence d'actions pour le dépannage

Après avoir déterminé la cause première à l'aide de l'algorithme de diagnostic, effectuez les étapes de dépannage suivantes :

8.1. Remplacement des joints de piston de vérin hydraulique

1. SÉCURITÉ : Appliquez LOTO, relâchez la pression. Verrouillez mécaniquement le cylindre.
2. Retirez le vérin hydraulique de l'équipement.
3. Nettoyez la surface extérieure du cylindre de la saleté.
4. Démontez le cylindre en suivant les instructions du fabricant (OEM) et en utilisant des outils spéciaux.
5. Retirez le piston et la tige.
6. Inspectez soigneusement la surface intérieure de la chemise de cylindre et la surface de la tige pour déceler des rayures, des bavures, de la corrosion ou des dommages mécaniques. Défauts acceptables : voir le guide de maintenance UNITEC "Diagnostics d'usure de la tige". Si des dommages importants dépassant les tolérances ISO 8132/ISO 8133 sont constatés, envisagez la réparation ou le remplacement du cylindre.
7. Retirez les anciens joints du piston.
8. Nettoyer les rainures d'étanchéité.
9. Installez de nouveaux joints à l'aide d'outils d'installation spéciaux pour éviter de les endommager. Assurez-vous que l'orientation des joints est correcte selon les instructions du fabricant. Utilisez uniquement des pièces de rechange d'origine ou des analogues certifiés conformes à la norme ISO 6020-2 / ISO 6022.
10. Assemblez le cylindre dans l'ordre inverse en serrant les raccords filetés au couple de serrage préconisé (par exemple 80 Nm pour M16).
11. Installez le cylindre sur l'équipement.
12. VÉRIFICATION : Démarrez le système. Effectuer plusieurs cycles de fonctionnement du vérin à vide, puis sous charge. Vérifier l'absence de dérive, de fuites externes et la fluidité du mouvement. Enregistrez les paramètres de dérive (s’ils sont toujours observés) à des fins de comparaison.

8.2. Réparation/remplacement du clapet de décharge/anti-retour

1. SÉCURITÉ : Appliquez LOTO, relâchez la pression.
2. Démontez la valve défectueuse.
3. Démontez la vanne. Inspectez la bobine, le siège, les ressorts et les joints.
4. Nettoyez tous les composants. Remplacez les pièces usées ou endommagées (joints, ressorts, bobine - si disponibles en pièces de rechange) par des pièces d'origine. Si la vanne ne peut pas être démontée ou si les composants ne sont pas disponibles, remplacez la vanne entière.
5. Assembler la vanne, serrer le raccord selon le couple de serrage du constructeur (par exemple pour les vannes cartouche jusqu'à 40 Nm).
6. Remplacez la vanne.
7. VÉRIFICATION : Démarrez le système. Vérifiez le maintien de la charge du vérin. Noter l'absence de dérive. Vous pouvez effectuer un test de fuite via l'orifice de vidange de la vanne (pas plus de 0,1 l/min).

8.3. Réparation/remplacement de distributeur (valve de commande directionnelle)

1. SÉCURITÉ : Appliquez LOTO, relâchez la pression.
2. Démonter le distributeur.
3. Démontez le distributeur en suivant les instructions du fabricant.
4. Inspectez la bobine et le boîtier pour déceler toute usure, bavures, corrosion ou particules étrangères.
5. Si la fuite est mineure et causée par de la saleté, essayez de nettoyer la bobine et le boîtier. En cas d'usure importante (jeu du tiroir visible ou décoloration de la surface), la vanne devra être remplacée, car une réparation du tiroir n'est généralement pas prévue.
6. Assemblez ou remplacez le distributeur.
7. VÉRIFICATION : Démarrez le système. Vérifiez la fluidité et la précision du contrôle du cylindre. Il ne devrait y avoir aucune dérive. Vérifiez la température du boîtier du distributeur. Elle ne doit pas dépasser la température ambiante de plus de 15°C en fonctionnement nominal.

8.4. Dépannage des problèmes de pression pilote ou de commande électrique

1. SÉCURITÉ : Appliquez LOTO.
2. En cas de problèmes de pression de pilotage :
   1. Vérifiez la soupape de surpression de pilotage : nettoyez, remplacez le joint, remplacez la soupape si nécessaire. Réglez la pression selon les spécifications OEM (par exemple 15 bar ±1 bar).
   2. Inspectez les conduites de pression pilote pour détecter les fuites et les blocages. Remplacez les conduites endommagées ou nettoyez les conduites obstruées.
3. Pour les problèmes de commande électrique :
   1. Vérifiez le solénoïde : mesurez la résistance du bobinage (par exemple 20 ohms ±10%). Si la résistance n'est pas conforme à la norme ou si le bobinage est cassé, remplacez le solénoïde.
   2. Vérifiez le câblage électrique et les connecteurs pour déceler toute rupture, court-circuit ou corrosion. Réparer ou remplacer les éléments endommagés.
   3. Vérifiez le signal de sortie du contrôleur (PLC). Si nécessaire, diagnostiquez le contrôleur.
4. VÉRIFICATION : Après le dépannage, mesurer à nouveau la pression de pilotage (avec un manomètre) et le signal électrique (avec un multimètre). Ils doivent respecter la norme. Vérifiez le fonctionnement du cylindre.

8.5. Réparation/remplacement de l'accumulateur hydraulique

1. SÉCURITÉ : Appliquez du LOTO, dépressurisez complètement le système hydraulique et évacuez le gaz de l'accumulateur via une vanne spéciale.
2. Démonter l'accumulateur hydraulique.
3. Vérifiez l’intégrité de la vessie/du diaphragme à l’aide d’un kit spécial de chargement et de test de batterie.
4. Si la vessie/le diaphragme est endommagé, remplacez-le en suivant les instructions du fabricant.
5. Chargez la batterie avec de l'azote jusqu'à la pression requise (par exemple 100 bars) conformément aux spécifications OEM et DSTU EN 14359.
6. Installez l'accumulateur hydraulique.
7. VÉRIFICATION : Démarrez le système. Vérifiez la stabilité de la pression. Vérifiez la dérive du cylindre. Enregistrez la pression de charge de gaz et les paramètres de fonctionnement.

9. Mesures préventives

10. Pièces de rechange et composants

Le remplacement rapide des composants usés ou endommagés est essentiel au maintien de la fiabilité du système hydraulique. Utilisez uniquement des pièces de rechange certifiées.

Pour commander des pièces de rechange et des composants de qualité, visitez notre Catalogue électronique UNITEC-D.

11. Liens

• DSTU EN 1037 : Sécurité des machines. Prévention des démarrages inattendus.
• ISO 4406 : Transmission de puissance hydraulique. Liquide. La méthode de codage du niveau de pollution par les particules solides.
• ISO 11158 : Lubrifiants, huiles industrielles et produits associés (Classe L). Classification. Groupe H (systèmes hydrauliques).
• ISO 6020-2 : Actionneurs hydrauliques. Vérins hydrauliques avec une pression de service maximale autorisée de 21 MPa (210 bar). Type 2. Série métrique avec fixations.
• ISO 6022 : Actionneurs hydrauliques. Vérins hydrauliques avec une pression de service maximale autorisée de 25 MPa (250 bar) et 32 ​​MPa (320 bar). Série métrique.
• ISO 8132 / ISO 8133 : Actionneurs hydrauliques. Vérins hydrauliques. Alésages et dimensions de raccordement pour joints de tige et garde-boue.
• DSTU EN 14359 : Accumulateurs de gaz à vessie/membrane/piston.
• Guides de maintenance UNITEC
• Manuels d'entretien des équipements OEM.