Si vous avez déjà utilisé de la machinerie lourde par temps glacial - qu'il s'agisse d'un tracteur agricole labourant un champ enneigé dans le Haut-Midwest, d'une grue de construction soulevant des matériaux sur un chantier de construction dans l'Arctique ou d'un treuil tirant des fournitures vers un camp forestier éloigné au Canada - vous vous êtes probablement demandé : les moteurs à pistons axiaux peuvent-ils résister dans des environnements à basse température ? En tant que fournisseur de moteurs à pistons axiaux, je reçois constamment cette question. Il ne s'agit pas seulement d'une hypothèse : nos clients dans des secteurs allant de l'agriculture au secteur maritime travaillent à des températures qui descendent bien en dessous de zéro, atteignant parfois -40 °F (-40 °C) ou moins, et ils ont besoin de savoir si leurs systèmes hydrauliques fonctionneront lorsque le mercure chute. La réponse courte est oui, les moteurs à pistons axiauxpeuttravaillez dans des environnements à basse température, mais seulement si vous tenez compte d'une poignée de facteurs critiques qui peuvent améliorer ou défaire les performances lorsque le froid s'installe.
Commençons par les bases du fonctionnement des moteurs à pistons axiaux, car comprendre leur conception de base permet d'expliquer pourquoi la température est importante. Les moteurs à pistons axiaux génèrent un couple en utilisant un ensemble de pistons disposés selon un motif circulaire le long d'un arbre d'entraînement, se déplaçant d'avant en arrière dans des cylindres pour créer un flux hydraulique. Cette conception est appréciée pour sa densité de puissance élevée, son efficacité et sa capacité à gérer des pressions élevées, parfaites pour les applications lourdes telles que les équipements agricoles, les treuils et les machines de construction. Mais ces pièces mobiles dépendent d’un ensemble spécifique de conditions, et les températures froides mettent à mal certains domaines clés.
Le premier, et le plus évident, est la viscosité du fluide hydraulique. Lorsque les températures baissent, l’huile hydraulique s’épaissit, un peu comme le miel devient gluant dans le réfrigérateur. Si l'huile est trop visqueuse, elle ne peut pas s'écouler assez rapidement dans les passages du moteur, ce qui entraîne un fonctionnement lent, une consommation d'énergie plus élevée et même des dommages aux pistons, aux cylindres et aux joints. J'ai pu constater cela personnellement auprès d'un client du Minnesota qui a conduit son tracteur en janvier sans passer à un fluide hydraulique de qualité hivernale : son moteur a à peine bougé lorsqu'il a essayé d'engager la transmission, et il a dû remplacer un joint usé et rincer tout le système. C'est une erreur évitable, mais elle est courante lorsque les opérateurs ne tiennent pas compte des limites de température de leur moteur.
Mais les moteurs à pistons axiaux eux-mêmes ont des caractéristiques de conception intégrées qui aident à atténuer les problèmes par temps froid, n'est-ce pas ? Oui, s'ils sont conçus pour cela. Les moteurs à pistons axiaux standard sont souvent conçus pour des températures modérées, mais les variantes à basse température utilisent des matériaux et des jeux adaptés aux fluides plus épais. Par exemple, le moteur d'entraînement hydraulique pour tracteur agricole 8870 que nous fournissons est conçu avec des tolérances plus strictes et des composants résistants à la corrosion qui gèrent mieux les démarrages à froid que les modèles génériques. De nombreux opérateurs de machines agricoles dans des endroits comme le Dakota du Nord et la Saskatchewan ne jurent que par ce moteur pour le labour hivernal, car il n'a pas de mal à créer de la pression lorsque l'huile est épaisse, même à -20 °F.
Un autre facteur est la performance du joint. La plupart des moteurs à pistons axiaux utilisent des joints en caoutchouc ou en polymère pour empêcher le liquide hydraulique de s'échapper et les contaminants de pénétrer. Mais le caoutchouc durcit à basse température, ce qui peut provoquer des fissures ou une défaillance prématurée des joints, entraînant des fuites pouvant arrêter tout un système hydraulique. Notre équipe travaille avec des fabricants pour se procurer des joints spéciaux fabriqués à partir de matériaux comme le Viton ou l'EPDM qui restent flexibles à basse température, de sorte que le moteur conserve une étanchéité parfaite même après des heures de fonctionnement dans des conditions de gel. Nous recommandons également des inspections régulières des joints aux clients qui font fonctionner leurs moteurs dans des environnements constamment froids, simplement pour détecter l'usure avant qu'elle n'entraîne un temps d'arrêt.
La génération de chaleur pendant le fonctionnement est une autre surprise pour certaines personnes. Lorsqu’un moteur hydraulique travaille dur – comme un treuil tirant une lourde charge sur une colline ou un tracteur tirant une charrue dans un sol gelé – il génère de la chaleur. Cette chaleur ne sert pas uniquement à garder le moteur au chaud ; il aide en fait à fluidifier le fluide hydraulique pendant son fonctionnement, améliorant ainsi le débit et les performances. Dans les environnements très froids, cette chaleur intégrée peut être un avantage : une fois le moteur en marche, la friction des pistons et des pièces mobiles augmente la température du fluide à l'intérieur, le rendant ainsi plus fluide. Mais cela signifie également que si un moteur ne fonctionne que par intermittence par temps froid, il risque de ne pas générer suffisamment de chaleur pour fluidifier l'huile tout seul, ce qui entraînera les problèmes de démarrage lent que j'ai mentionnés plus tôt. C'est pourquoi nous conseillons toujours à nos clients de réchauffer leurs systèmes progressivement, plutôt que de mettre immédiatement le moteur à pleine charge lorsqu'il fait froid.
Parlons maintenant des applications du monde réel, car c'est là que cela devient pertinent pour la plupart des gens. Prenons par exemple les moteurs de treuil. Les treuils hydrauliques à grande vitesse sont utilisés dans tous les domaines, depuis les opérations maritimes dans l'Atlantique Nord jusqu'aux équipements miniers dans les Territoires du Nord-Ouest du Canada, où les températures peuvent descendre jusqu'à -30 °F en hiver. Le moteur de treuil hydraulique à grande vitesse BMSY-315 que nous fournissons est un choix populaire pour ces applications car il est construit avec une conception compacte facile à intégrer dans des systèmes avec des éléments chauffants intégrés, et ses composants usinés avec précision réduisent la friction même lorsque l'huile est épaisse. L'un de nos clients en Alaska utilise ces moteurs de treuil pour transporter du matériel de pêche sur ses bateaux de transformation en hiver, et il rapporte qu'ils démarrent régulièrement même à des températures aussi basses que -35°F, à condition d'utiliser le bon fluide hydraulique et de réchauffer le système pendant 5 minutes avant de fonctionner complètement.
Un autre cas d’utilisation courant est celui des machines agricoles, qui fonctionnent souvent à l’extérieur par tous les temps. Le moteur hydraulique pour machines agricoles OMP200 MP200 BMP200, bride à 2 boulons, arbre cannelé SAE 6B que nous fournissons est conçu pour les tracteurs, les presses à balles et autres équipements agricoles qui doivent fonctionner dans des conditions froides. Les agriculteurs de régions comme l'Iowa et le Montana utilisent ces moteurs pour des tâches hivernales comme le déneigement et le transport de fourrage, et ils nous ont dit qu'ils ne rencontraient pas les mêmes problèmes de démarrage qu'avec les moteurs plus anciens lorsqu'ils sont passés à ces variantes à basse température. La clé ici est que ces moteurs sont testés dans des environnements froids réels, et pas seulement dans des laboratoires, afin que nous sachions qu'ils fonctionnent lorsque cela compte le plus.
Vous vous demandez peut-être : qu'en est-il des anciens modèles de moteurs à pistons axiaux, comme le moteur de pompe hydraulique Geroler - Charlynn 109-1120-006 Aftermarket 14t Spline Shaft Standard Type ? Ceux-ci peuvent-ils également fonctionner dans des environnements froids ? Ça dépend. Si vous possédez un moteur plus ancien et bien entretenu, vous pouvez régler le liquide hydraulique et prendre d'autres mesures pour améliorer les performances, mais il n'est pas conçu pour le froid extrême que supportent les variantes modernes. Nous recommandons souvent de passer à un moteur à pistons axiaux à basse température comme ceux que nous fournissons aux clients qui remplacent les anciens moteurs dans des équipements fonctionnant par temps froid constant, car le coût initial est compensé par moins de temps d'arrêt et moins de réparations à long terme.
Bien entendu, il existe des limites à ce que les moteurs à pistons axiaux peuvent gérer dans des environnements froids. Si les températures descendent en dessous de -40 °F, même le moteur le mieux conçu aura des difficultés, car le liquide hydraulique devient presque solide et les joints et les pièces mobiles ne peuvent pas surmonter la friction. Dans ces cas-là, vous aurez besoin d’un équipement spécialisé avec des réchauffeurs de fluide intégrés et des conduites isolées, ce qui constitue une solution utilisée par de nombreuses industries de l’Arctique. Mais pour les applications à basse température les plus courantes, de -10°F à -30°F, les moteurs à pistons axiaux fonctionnent de manière fiable si vous les associez à la bonne configuration.
Alors, quelles mesures devez-vous prendre pour vous assurer que votre moteur à pistons axiaux fonctionne bien dans des environnements froids ? Tout d’abord, utilisez un fluide hydraulique de qualité hiver avec un indice de viscosité adapté aux basses températures. La plupart des fabricants de fluides publient des plages de température, alors recherchez-en une qui restera fluide à la température la plus basse rencontrée par votre équipement. Deuxièmement, choisissez un moteur spécialement conçu pour un fonctionnement à froid, comme les modèles que nous proposons pour les applications agricoles, de treuils et marines. Ces moteurs sont dotés des joints, des jeux et des matériaux appropriés pour gérer des fluides épais et des températures de démarrage basses. Troisièmement, réchauffez progressivement votre système avant de mettre le moteur à pleine charge. Même si vous disposez d'un moteur à basse température, le laisser tourner au ralenti pendant quelques minutes pour générer de la chaleur aidera le fluide à mieux circuler et réduira l'usure des pièces. Quatrièmement, effectuez un entretien régulier : vérifiez que les joints ne sont pas fissurés, changez le liquide hydraulique dans les délais et inspectez l'usure du piston et du cylindre, en particulier après un fonctionnement par temps froid.
En tant que fournisseur de moteurs à pistons axiaux, j'ai passé des années à travailler avec des clients pour résoudre leurs problèmes hydrauliques par temps froid, et je peux vous dire que l'erreur la plus courante consiste à supposer que tout moteur à pistons axiaux fonctionnera dans n'importe quel environnement. Il ne s'agit pas du moteur lui-même, il s'agit d'adapter le moteur à l'application et de tenir compte des conditions dans lesquelles il fonctionnera. Notre équipe teste chaque moteur que nous fournissons dans des environnements à température contrôlée pour nous assurer qu'il fonctionne comme annoncé, et nous travaillons en étroite collaboration avec les clients pour recommander le modèle adapté à leurs besoins spécifiques, qu'ils utilisent un tracteur au Minnesota ou un treuil en Alaska.
Si vous travaillez avec des moteurs à pistons axiaux dans des environnements à basse température et que vous ne savez pas quel modèle vous convient, ou si vous avez des questions sur la sélection des fluides, l'entretien des joints ou les procédures de démarrage à froid, nous sommes là pour vous aider. Nous comprenons que les temps d'arrêt par temps froid peuvent être coûteux et nous voulons nous assurer que votre équipement fonctionne de manière fiable, quelle que soit la température extérieure. Que vous recherchiez un moteur de remplacement, mettiez à niveau un système existant ou ayez simplement besoin de conseils sur la façon d'améliorer les performances par temps froid, notre équipe peut vous fournir l'expertise et les produits dont vous avez besoin.
Ne laissez pas les températures froides ralentir vos opérations. Contactez notre équipe pour en savoir plus sur nos options de moteurs à pistons axiaux pour les applications à basse température, ou pour discuter des besoins spécifiques de votre projet. Nous nous engageons à vous aider à trouver la bonne solution pour maintenir votre équipement en fonctionnement, même lorsque le mercure baisse.
Références
- Viscosité et température du fluide hydraulique : normes industrielles pour le fonctionnement par temps froid. Association nationale de l'énergie fluide.
- Conception de moteur à pistons axiaux pour les environnements à basse température. Journal de l'hydraulique mobile, 2022.
- Performance des matériaux d’étanchéité dans des conditions inférieures à zéro. Ingénierie et science des polymères, Vol. 61, n° 4, 2021.
- Systèmes hydrauliques agricoles dans les climats froids : meilleures pratiques. Société américaine des ingénieurs agricoles et biologiques, 2020.
