Joints toriques en NBR et en polyuréthane (PU) pour applications haute pression sur pelles hydrauliques et camions-bennes miniers

L'immense puissance des pelles hydrauliques et des camions-bennes miniers ultra-lourds (camions de transport) provient de systèmes hydrauliques fonctionnant à des pressions généralement comprises entre 300 et 500 bar. Ces systèmes constituent le système circulatoire de la machine, assurant l’alimentation en énergie de toutes ses fonctions, du mouvement de la flèche et de la benne à la direction et au freinage. Les joints d’étanchéité dans cet environnement subissent une agression constante due aux hautes pressions, aux pics de pression (charges de choc), aux températures élevées (provenant à la fois des conditions ambiantes et de la compression du fluide) ainsi qu’aux mouvements dynamiques permanents. Une défaillance peut entraîner une perte de puissance, une contamination de l’environnement et des dommages catastrophiques au système.

Le nitrile (NBR) reste le matériau d’étanchéité le plus courant pour les systèmes hydrauliques utilisant des fluides hydrauliques minéraux standard (type HLP). Il offre un excellent rapport coût-performance, avec une bonne résistance au fluide, une plage de températures adéquate pour la plupart des applications et des propriétés mécaniques suffisantes. Pour de nombreuses étanchéités statiques (joints toriques dans les raccords de ports, joints de brides) et pour les applications dynamiques moins exigeantes, le NBR est parfaitement adapté. Des compositions standard telles que 70 Shore A ou 90 Shore A sont sélectionnées en fonction de la conception de la gorge et de la pression.

Toutefois, dans les applications dynamiques les plus critiques de vérins —notamment les joints de piston et de tige des vérins de levage et d’inclinaison massifs —Le polyuréthane (PU ou AU) est souvent le matériau privilégié. Les élastomères en polyuréthane ne sont pas des caoutchoucs, mais des polymères dont la structure est radicalement différente, ce qui leur confère des propriétés exceptionnelles :

· Résistance extrême à l'abrasion et à l'extrusion : Ce sont probablement les joints polymères les plus résistants à l'usure disponibles, capables de supporter les charges latérales et les contacts potentiels métal-sur-métal dans les vérins volumineux à longue course.

· Résistance à la traction élevée et capacité de charge importante : Ils peuvent supporter des pressions très élevées sans se déformer ni s’extruder dans les jeux de clairance.

· Excellente résistance au déchirement.

  Leur inconvénient réside dans une plage de températures plus limitée (généralement -40 °°C à +100 °C) et une faible résistance à l’eau chaude, à la vapeur et à certains produits chimiques. Ils sont principalement utilisés avec des huiles hydrauliques.

Les équipementiers (OEM) tels que Caterpillar, Komatsu et Hitachi fournissent des manuels d’entretien détaillés précisant les kits de joints exacts pour chaque modèle de vérin. Ces kits comprennent souvent une combinaison de matériaux : du polyuréthane (PU) pour les joints porteurs de pression principaux, du nitrile butadiène (NBR) pour les joints secondaires et les essuie-glaces, et parfois des bagues de soutien en PTFE pour les applications à ultra-haute pression.

L'apparition d'équipements miniers autonomes et télécommandés dans la région australienne du Pilbara et dans certaines mines américaines ajoute une couche supplémentaire de complexité. La fiabilité des joints devient encore plus critique, car une fuite sur un véhicule sans équipage peut passer inaperçue jusqu'à ce qu'elle provoque une défaillance, entraînant des diagnostics à distance coûteux et la mobilisation d'une équipe pour effectuer la réparation. Des stratégies de maintenance prédictive, utilisant des capteurs pour surveiller la propreté du fluide hydraulique, ainsi que les tendances de température et de pression, sont intégrées aux données relatives à la durée de vie des joints afin de planifier leur remplacement pendant les fenêtres de maintenance prévues, maximisant ainsi la disponibilité des machines dans ces opérations intensives en capital et continues 24 heures sur 24.