Hydraulique Initiation

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1 Hydraulique Initiation Livre d exercices TP 501 Avec CD-ROM 1A1 1V3 A B m 1Z1 1Z2 1V2 B A X 1V1 A B P T 0V1 X A B Festo Didactic fr

2 Référence : Version : 09/2011 Auteurs : Renate Aheimer, Frank Ebel, Annabella Zimmermann Graphisme : Doris Schwarzenberger Mise en page : 01/2012, Susanne Durz, Frank Ebel Festo Didactic GmbH & Co. KG, Denkendorf, Allemand, 2013 Internet : did@de.festo.com L'acheteur obtient un droit d'utilisation simple, non exclusif, non limité dans le temps et restreint géographiquement au site /siège de l'acheteur comme suit. L'acheteur est autorisé à utiliser les contenus de l'ouvrage pour la formation continue du personnel du site et à utiliser aussi des éléments du contenu pour la réalisation de son propre matériel de formation continue du personnel de son site, à condition d'en mentionner la source, et à les dupliquer pour la formation continue sur le site. Pour les écoles/universités et centres de formation, ce droit d'utilisation englobe l'utilisation durant les cours par les élèves, stagiaires et étudiants du site. En est exlcu dans tous les cas le droit de publication ainsi que de chargement et d'utilisation sur intranet ou Internet ou sur plateformes LMS et bases de données telles que Moodle qui permettent à un grand nombre d'utilisateurs d'y accéder en dehors du site de l'acheteur. Tous les autres droits de transmission, de reproduction, de duplication, d'édition, de traduction, de microfilmage ainsi que le transfert, le stockage et le traitement intégral ou partiel sur des systèmes électroniques présupposent l'accord préalable de Festo Didactic GmbH & Co. KG. Nota Les termes enseignant, étudiant, etc. employés dans le présent document désignent aussi, bien entendu, les enseignantes, étudiantes, etc. L'emploi d'un seul genre ne saurait constituer une discrimination sexuelle, mais a simplement pour but de faciliter la lecture et la compréhension des formulations.

3 Table des matières Usage normal V Avant-propos VI Introduction VIII Instructions et consignes de sécurité IX Ensemble de formation Hydraulique (TP 500) XI Objectifs pédagogiques Hydraulique, Initiation (TP 501) XII Correspondance entre objectifs pédagogiques et travaux pratiques XIV Jeu d'équipement XVII Correspondance entre composants et travaux pratiques XIX Notes à l'intention de l'enseignant ou du formateur XX Structure des travaux pratiques XXI Désignation des composants XXII Contenu du CD-ROM XXII Travaux pratiques et corrigés TP 1 : Équipement d'un poste de travail hydraulique 3 TP 2 : Mise en service d'une presse hydraulique à deux colonnes 13 TP 3 : Mesure de la caractéristique d'une pompe 21 TP 4 : Mesure de la caractéristique d'ouverture d'un limiteur de pression 33 TP 5 : Déchargement d'une machine à papier 41 TP 6 : Ouverture d un four de trempe 51 TP 7 : Ouverture et fermeture de la porte d'une chaudière 59 TP 8 : Calcul d'un dispositif de montage 69 TP 9 : Tri de caisses de transport 73 TP 10 : Mesure de la caractéristique d'un régulateur de débit 83 TP 11 : Réglage de la vitesse de montée/descente d'un pont élévateur 93 TP 12 : Optimisation d'une estampeuse 103 TP 13 : Équilibrage des vitesses de sortie et de rentrée 115 TP 14 : Protection contre la rentrée intempestive 123 TP 15 : Correction de la dérive d'un convoyeur 133 TP 16 : Contre-pression à la fermeture d'une porte à guillotine 139 TP 17 : Chargement et déchargement de bennes 147 Festo Didactic GmbH & Co. KG III

4 Table des matières Travaux pratiques et fiches de travail TP 1 : Équipement d'un poste de travail hydraulique 3 TP 2 : Mise en service d'une presse hydraulique à deux colonnes 13 TP 3 : Mesure de la caractéristique d'une pompe 21 TP 4 : Mesure de la caractéristique d'ouverture d'un limiteur de pression 33 TP 5 : Déchargement d'une machine à papier 41 TP 6 : Ouverture d un four de trempe 51 TP 7 : Ouverture et fermeture de la porte d'une chaudière 59 TP 8 : Calcul d'un dispositif de montage 69 TP 9 : Tri de caisses de transport 73 TP 10 : Mesure de la caractéristique d'un régulateur de débit 83 TP 11 : Réglage de la vitesse de montée/descente d'un pont élévateur 93 TP 12 : Optimisation d'une estampeuse 103 TP 13 : Équilibrage des vitesses de sortie et de rentrée 115 TP 14 : Protection contre la rentrée intempestive 123 TP 15 : Correction de la dérive d'un convoyeur 133 TP 16 : Contre-pression à la fermeture d'une porte à guillotine 139 TP 17 : Chargement et déchargement de bennes 147 IV Festo Didactic GmbH & Co. KG

5 Usage normal L'ensemble de formation «Hydraulique, Initiation» ne doit s'utiliser que : pour l'usage auquel il est destiné, c'est-à-dire dans le cadre de l'enseignement et de la formation, et en parfait état sur le plan de la sécurité. Les composants de l'ensemble sont construits conformément à l état de l art et aux règles techniques reconnues en matière de sécurité. Leur utilisation peut néanmoins mettre en danger la vie et la santé de l utilisateur ou de tiers ainsi qu'affecter l'intégrité des composants eux-mêmes. Le système de formation de Festo Didactic est exclusivement destiné à la formation initiale et continue dans le domaine de l automatisation et de la technique. Il incombe à l établissement de formation et/ou aux formateurs de faire respecter par les étudiants les consignes de sécurité décrites dans le présent manuel de travaux pratiques. Festo Didactic décline par conséquent toute responsabilité pour les dommages causés aux étudiants, à l établissement de formation et/ou à des tiers du fait de l'utilisation de ce jeu d équipement en dehors du contexte d une pure formation, à moins que ces dommages ne soient imputables à une faute intentionnelle ou à une négligence grossière de Festo Didactic. Festo Didactic GmbH & Co. KG V

6 Avant-propos Le système de formation «Automatisation et Technique» de Festo Didactic part de différents niveaux d accès à la formation et objectifs professionnels. C est dans cette optique qu'est structuré le système de formation : ensembles de formation axés sur les technologies ; mécatronique et automatisation d'usine ; automatisation de process et technique de régulation ; robotique mobile ; usines-écoles hybrides. Le système de formation «Automatisation et Technique» fait régulièrement l objet de mises à jour et extensions parallèlement aux évolutions enregistrées dans le domaine de la formation et des pratiques professionnelles. Les ensembles de formation technologique se penchent sur les technologies suivantes : pneumatique, électropneumatique, hydraulique, électrohydraulique, hydraulique proportionnelle, automates programmables, capteurs, électricité et actionneurs électriques. La structure modulaire du système de formation permet de réaliser des applications allant au-delà des limites des différents ensembles. Par exemple, il est possible de commander par API des actionneurs pneumatiques, hydrauliques et/ou électriques. VI Festo Didactic GmbH & Co. KG

7 Tous les ensembles de formation se composent des éléments suivants : matériel ; supports ; séminaires. Matériel Le matériel des ensembles de formation est constitué de composants industriels et systèmes adaptés à une approche didactique. Le choix et l'exécution des composants faisant partie des ensembles de formation sont spécialement adaptés aux projets des supports d'accompagnement. Supports Les supports dédiés aux différents domaines de spécialité sont de deux types : didactiques et logiciels. Les supports didactiques, axés sur la pratique, comprennent : manuels de fond et de cours (ouvrages standard de dispense de connaissances fondamentales) ; manuels de travaux pratiques (avec explications complémentaires et corrigés types) ; lexiques, manuels, ouvrages spécialisés (donnant des informations plus détaillées sur des thèmes à approfondir) ; jeux de transparents et vidéos (permettant d'illustrer et de rendre plus vivant l'enseignement) ; posters (pour la visualisation de sujets plus complexes). Dans le domaine du logiciel, des programmes sont disponibles pour les applications suivantes : didacticiels (présentation pédagogique et multimédia de contenus de formation) ; logiciels de simulation ; logiciels de visualisation ; logiciels de mesure ; logiciels de conception et de configuration : logiciels de programmation d'automates programmables industriels. Les supports destinés aux formateurs et aux étudiants sont disponibles en plusieurs langues. Ils sont conçus pour l enseignement, mais se prêtent aussi à l autoformation. Séminaires Un large éventail de séminaires consacrés aux contenus des ensembles de formation complète l offre de formation initiale et continue. Vous avez des suggestions ou des critiques à propos de ce manuel? Envoyez en courrier électronique à : did@de.festo.com Les auteurs et Festo Didactic se feront un plaisir de tenir compte de vos remarques. Festo Didactic GmbH & Co. KG VII

8 Introduction Le présent manuel de travaux pratiques fait partie du système de formation «Automatisation et Technique» de Festo Didactic GmbH & Co. KG. Ce système constitue une solide base de formation initiale et continue axée sur la pratique. Les ensembles de formation TP 501 et TP 502 contiennent exclusivement des commandes hydrauliques. Le niveau «Initiation» TP 501 convient à la formation de base en commande hydraulique. Il dispense des connaissances sur les bases physiques de l'hydraulique ainsi que sur le fonctionnement et l utilisation d équipements hydrauliques. Le jeu d équipement permet de réaliser des commandes hydrauliques simples. Le niveau «Perfectionnement» TP 502 est axé sur l approfondissement des connaissances en commande hydraulique. Ce jeu d équipement permet de réaliser des montages hydrauliques avancés. Le présent manuel de travaux pratiques vous fait connaître les principes physiques en jeu et les principaux circuits de base de l'hydraulique. Les travaux pratiques ont pour thèmes : le relevé des caractéristiques de divers composants ; la comparaison de l'utilisation de divers composants ; la réalisation de divers circuits de base ; l'application des équations de base de l'hydraulique. La configuration technique requise pour réaliser les commandes est la suivante : un poste de travail Learnline ou Learntop-S équipé d'une plaque profilée Festo Didactic ; la plaque profilée comporte 14 rainures en T parallèles espacées de 50 mm ; un groupe hydraulique (tension de service de 230 V, 50 Hz, pression de service de 6 MPa (60 bar), débit de 2 l/min) ; un bloc d'alimentation électrique protégé contre les courts-circuits (entrée : 230 V, 50 Hz, sortie : 24 V, 5 A maximum) pour l'alimentation du capteur de débit ; des câbles de laboratoire sécurisés. Pour réaliser les 17 travaux pratiques, il vous suffit des composants appartenant au jeu d'équipement TP 501. Les bases théoriques nécessaires à la compréhension de ces travaux pratiques sont dispensées dans le manuel de cours Hydraulique, Initiation Des fiches techniques des différents composants (vérins, vannes, etc.) sont en outre disponibles. VIII Festo Didactic GmbH & Co. KG

9 Instructions et consignes de sécurité Généralités Les étudiants ne doivent travailler sur les montages que sous la surveillance d une formatrice ou d un formateur. Respectez les indications données dans les fiches techniques des différents composants, en particulier toutes les consignes de sécurité! Les défauts susceptibles d affecter la sécurité ne doivent pas être générés en cours et doivent être immédiatement éliminés. Partie mécanique Ne mettez les doigts dans le montage que quand il est arrêté. Montez solidement tous les composants sur la plaque profilée. Les capteurs de fin de course ne doivent jamais être actionnés de face. Risque de blessure au dépannage! Utilisez un outil, par exemple un tournevis, pour actionner les capteurs de fin de course. Installez les composants de telle sorte qu'ils ne gênent pas l'actionnement d'interrupteurs ni de dispositifs de sectionnement de l'alimentation. Conformez-vous aux instructions concernant l'implantation des composants. Montez toujours les vérins avec leur capot de protection. Partie électrique N utilisez que des très basses tensions de 24 V DC maximum. N effectuez les branchements et débranchements électriques qu en l absence de tension! N utilisez que des câbles dotés de connecteurs de sécurité pour réaliser les connexions électriques. Pour débrancher les câbles de liaison, tirez sur les connecteurs, pas sur les câbles. Partie hydraulique Limitez la pression du système à 6 MPa (60 bar). La pression maximale admissible pour tous les appareils de l'ensemble de formation est de 12 MPa (120 bar). Risque de blessure à la mise en marche du groupe hydraulique! Des vérins peuvent se mettre en mouvement intempestivement. Tous les distributeurs, appareils, tuyaux sont munis de raccords auto-obturants. Festo Didactic GmbH & Co. KG IX

10 Accouplement des tuyaux Ne jamais accoupler ou désaccoupler des tuyaux lorsque le groupe hydraulique est en marche ou que les tuyauteries sont sous pression! Les accouplements/désaccouplements doivent s'effectuer hors pression. Poser le coupleur femelle parfaitement aligné sur le coupleur mâle! Évitez impérativement tout désaxage des coupleurs mâles et femelles. Réalisation du montage hydraulique Pendant la réalisation du montage, le groupe hydraulique doit être à l'arrêt, et le bloc d'alimentation hors tension. Avant la mise en service, vérifiez que vous avez bien raccordé toutes les conduites du réservoir et que les coupleurs sont correctement connectés. Mise en service Ne mettez jamais le vérin en service sans son capot de protection. Commencez par mettre le bloc d'alimentation électrique en marche, puis le groupe hydraulique. Démantèlement du montage hydraulique Vérifiez, avant le démantèlement, que le montage est hors pression. Arrêtez le groupe hydraulique avant de mettre le bloc d'alimentation hors tension. Si un raccord est désaccouplé sous pression, le clapet anti-retour du coupleur retient la pression dans l'appareil. Cette pression peut être annulée à l'aide de l'unité de décharge de pression. Fixation Les plaques-supports des appareils sont dotées de la variante de fixation A, B ou C : Variante A, système à encliquetage Appareils légers ne supportant pas de charge (tels que distributeurs et capteurs). Enclipsez simplement les appareils dans la rainure de la plaque profilée. Désolidarisation des appareils par actionnement du levier bleu. Variante B, système à rotation Équipements pouvant supporter des charges moyennes (p. ex. vérins pneumatiques). Ces équipements se fixent sur la plaque profilée par vis à tête rectangulaire. La fixation ou désolidarisation s effectue par l intermédiaire de l écrou-poignée. Variante C, système à vissage Pour équipements supportant de lourdes charges ou rarement désolidarisés de la plaque profilée (p. ex. distributeur de mise en circuit avec filtre-manodétendeur. Les éléments se fixent par vis à tête cylindrique et écrou en T. Accessoires requis Le dépouillement des travaux pratiques réalisés avec le capteur de débit nécessite un multimètre numérique. Le multimètre sert à mesurer la tension de sortie du capteur. La mesure des temps de sortie et de rentrée de la tige du vérin hydraulique nécessite un chronomètre. X Festo Didactic GmbH & Co. KG

11 Ensemble de formation Hydraulique (TP 500) L ensemble de formation TP 500 se compose d une multitude de moyens de formation ainsi que de séminaires. Cet ensemble a exclusivement pour objet les commandes hydrauliques. Certains composants de l'ensemble de formation TP 500 peuvent également faire partie d autres ensembles. Composants importants du TP 500 Poste de travail bien stable avec plaque profilée Festo Didactic Jeux d'équipement ou composants discrets (tels que vérins, distributeurs, manomètres, etc.) Équipements complets de laboratoire Supports Les supports associés à l'ensemble de formation TP 500 comprennent un manuel de cours et un manuel de travaux pratiques. Le manuel de cours dispense les bases physiques et techniques de l'hydraulique. Le manuel de travaux pratiques comporte les fiches de chacun des TP, le corrigé de chaque fiche de travail et un CD-ROM. Un jeu de fiches de travaux pratiques et fiches de travail prêtes à utiliser est fourni avec chaque manuel de travaux pratiques. Des fiches techniques des composants matériels sont fournies avec le jeux d'équipement. Supports Manuel de cours Manuel de travaux pratiques Collection de transparents Programme de simulation Didacticiel Hydraulique, Initiation Hydraulique, Initiation (TP 501) Hydraulique, Perfectionnement (TP 502) Bases de l'hydraulique FluidSIM Hydraulique WBT Hydraulique Aperçu des supports associés à l'ensemble de formation TP 500 Les logiciels disponibles pour l'ensemble de formation TP 500 sont FluidSIM H et le didacticiel Hydraulique. FluidSIM H aide à la préparation de l'enseignement. Il permet de créer et de simuler des commandes hydrauliques. Le didacticiel Hydraulique dispense les bases des commandes hydrauliques. Des exemples tirés de la pratique industrielle permettent à l'étudiant d'assimiler les bases de l'hydraulique et de faire connaissance avec les composants d'installations hydrauliques. Les supports sont proposés en plusieurs langues. Vous trouverez d autres moyens de formation dans nos catalogues et sur Internet. Festo Didactic GmbH & Co. KG XI

12 Objectifs pédagogiques Hydraulique, Initiation (TP 501) Composants Connaître la structure et le mode fonctionnement d'une pompe hydraulique. Connaître les principales grandeurs caractéristiques d'une pompe hydraulique. Savoir expliquer comment se crée la pression dans les commandes hydrauliques. Connaître la relation entre débit de la pompe et pression de service. Connaître les types de limiteur de pression et leurs possibilités d'utilisation. Connaître la structure et le mode de fonctionnement d'un limiteur de pression. Connaître la structure et le mode de fonctionnement d'un vérin à simple effet. Connaître la structure et le mode de fonctionnement d'un vérin à double effet. Connaître la structure et le mode de fonctionnement d un distributeur 2/2. Connaître la structure et le mode de fonctionnement d un distributeur 3/2. Connaître la structure et le mode de fonctionnement d un distributeur 4/2. Connaître la structure et le mode de fonctionnement de distributeurs 4/3. Savoir évaluer l'impact des différents types de centre de distributeurs 4/3. Connaître la structure et le mode de fonctionnement d'un clapet anti-retour. Connaître la structure et le mode de fonctionnement d'un limiteur de débit unidirectionnel. Connaître la structure et le mode de fonctionnement d'un clapet anti-retour déverrouillable. Connaître la structure et le mode de fonctionnement d un régulateur de débit. Circuits Savoir mettre des commandes hydrauliques en service en toute sécurité. Savoir piloter un vérin à simple effet. Savoir expliquer les différences entre réduction du débit d'alimentation et réduction du débit de retour. Savoir comparer des montages à régulateur du débit d'alimentation et à régulateur du débit de retour. Savoir utiliser un régulateur de débit pour régler la vitesse d'un actionneur. Savoir citer des applications de contrôleurs de débit. Savoir expliquer à partir d'une application la différence entre régulateur de débit et limiteur de débit unidirectionnel. Connaître la structure et le mode de fonctionnement d'un circuit de recirculation. Savoir expliquer l'impact des surfaces du piston sur les pressions, les vitesses et les temps de déplacement. Savoir utiliser comme il faut des clapets anti-retour pilotés. Connaître l'équilibrage hydraulique d'un vérin à double effet. Savoir comparer des circuits avec et sans contre-pression. Savoir utiliser des vérins à double effet sous alternances de charge.. XII Festo Didactic GmbH & Co. KG

13 Mesures et calculs Savoir relever et interpréter la caractéristique d'une pompe hydraulique. Savoir mesurer le débit d'une commande hydraulique. Savoir relever la caractéristique d'un limiteur de pression. Savoir relever la caractéristique d'un régulateur de débit. Savoir déterminer les temps, les pressions et les forces à la sortie et à la rentrée de la tige d'un vérin à simple effet. Savoir déterminer les temps, les pressions et les forces à la sortie et à la rentrée de la tige d'un vérin à double effet. Savoir calculer les temps de sortie de la tige de pistons. Savoir calculer le bilan de puissance lors de l'utilisation de distributeurs 4/3 à différents types de centre. Festo Didactic GmbH & Co. KG XIII

14 Correspondance entre objectifs pédagogiques et travaux pratiques Objectif TP Connaître la structure et le mode fonctionnement d'une pompe hydraulique. Connaître les principales grandeurs caractéristiques d'une pompe hydraulique. Savoir expliquer comment se crée la pression dans les commandes hydrauliques. Connaître les types de limiteur de pression et leurs possibilités d'utilisation. Savoir mettre des commandes hydrauliques en service en toute sécurité. Savoir relever et interpréter la caractéristique d'une pompe hydraulique. Savoir mesurer le débit d'une commande hydraulique. Connaître la relation entre débit de la pompe et pression de service. Connaître la structure et le mode de fonctionnement d un régulateur de débit. Savoir relever la caractéristique d'un limiteur de pression. Connaître la structure et le mode de fonctionnement d'un vérin à simple effet. Connaître la structure et le mode de fonctionnement d un distributeur 2/2. Connaître la structure et le mode de fonctionnement d'un clapet anti-retour. Savoir piloter un vérin à simple effet. Connaître la structure et le mode de fonctionnement d un distributeur 3/2. Savoir déterminer les temps, les pressions et les forces à la sortie et à la rentrée de la tige d'un vérin à simple effet. Connaître la structure et le mode de fonctionnement d'un vérin à double effet. Connaître la structure et le mode de fonctionnement d un distributeur 4/2. XIV Festo Didactic GmbH & Co. KG

15 TP Objectif Savoir déterminer les temps, les pressions et les forces à la sortie et à la rentrée de la tige d'un vérin à double effet. Savoir piloter un vérin à simple effet. Calcul des forces d'un vérin à double effet. Savoir calculer les temps de sortie de la tige de pistons. Savoir citer des applications de contrôleurs de débit. Connaître la structure et le mode de fonctionnement d'un limiteur de débit unidirectionnel. Savoir expliquer les différences entre réduction du débit d'alimentation et réduction du débit de retour. Connaître la structure et le mode de fonctionnement d un régulateur de débit. Savoir relever la caractéristique d'un régulateur de débit. Connaître la structure et le mode de fonctionnement de distributeurs 4/3. Savoir évaluer l'influence des différents types de centre de distributeurs 4/3. Savoir utiliser un régulateur de débit pour régler la vitesse d'un actionneur. Savoir comparer des circuits à régulateur du débit d'alimentation et à régulateur du débit de retour. Savoir expliquer à partir d'une application la différence entre régulateur de débit et limiteur de débit unidirectionnel. Connaître la structure et le mode de fonctionnement d'un circuit de recirculation. Savoir expliquer l'impact des surfaces du piston sur les pressions, les vitesses et les temps de déplacement. Festo Didactic GmbH & Co. KG XV

16 TP Objectif Connaître la structure et le mode de fonctionnement d'un clapet anti-retour déverrouillable. Savoir utiliser un clapet anti-retour déverrouillable dans une commande. Savoir calculer le bilan de puissance lors de l'utilisation de distributeurs 4/3 à différents types de centre. Connaître l'équilibrage hydraulique d'un vérin à double effet. Savoir comparer des circuits avec et sans contre-pression. Savoir utiliser des vérins à double effet sous alternances de charge.. XVI Festo Didactic GmbH & Co. KG

17 Jeu d'équipement Le jeu d'équipement Hydraulique, Initiation (TP 501) est configuré pour la formation de base à la commande hydraulique. Il comprend tous les composants nécessaires à l'acquisition des compétences définies par les objectifs pédagogiques fixés et peut être complété à loisir par d autres jeux. Jeu d'équipement Hydraulique, Initiation (TP 501), référence Dénomination Référence Quantité Régulateur de débit à 2 voies Distributeur 4/2 à levier manuel et rappel par ressort Distributeur 4/3 à levier manuel, centre en Y (AB > T), à enclenchement Distributeur 4/3 à levier manuel, centre fermé, à enclenchement Robinet d arrêt Vérin différentiel 16/10/200 avec capot Limiteur de débit unidirectionnel Limiteur de pression Manomètre Capteur de débit Poids de 9 kg pour vérin différentiel Moteur hydraulique Clapet anti-retour avec tuyau, pression d'ouverture de 0,6 MPa (6 bar) Clapet anti-retour déverrouillable Répartiteur en T Quadruple répartiteur à manomètre Festo Didactic GmbH & Co. KG XVII

18 Symboles graphiques du jeu d'équipement Composant Symbole graphique Composant Symbole graphique Régulateur de débit à 2 voies Manomètre Distributeur 4/2 à levier manuel et rappel par ressort A P B T Capteur de débit ISO EN q 24V (RD) 0 10V (BK) 0V (BU) Distributeur 4/3 à levier manuel, centre en Y (AB > T), à enclenchement A B Moteur hydraulique P T Distributeur 4/3 à levier manuel, centre fermé, à enclenchement A P B T Clapet anti-retour avec tuyau, pression d'ouverture de 0,6 MPa (6 bar) Robinet d arrêt Clapet anti-retour déverrouillable Vérin différentiel 16/10/200 Répartiteur en T Limiteur de débit unidirectionnel A B Quadruple répartiteur à manomètre Limiteur de pression P Poids de 9 kg pour vérin différentiel m T XVIII Festo Didactic GmbH & Co. KG

19 Correspondance entre composants et travaux pratiques Jeu d'équipement TP 501 Notes Les travaux pratiques 1 et 8 sont d'ordre théorique et consistent à travailler avec des fiches techniques ou à faire des calculs. Le temps nécessaire au montage est un peu plus long. Dans les travaux pratiques 5, 6, 11, 14 et 16, le vérin différentiel se visse suspendu sur le côté large de la colonne profilée et chargé par le poids. Le capot recouvrant le poids doit être monté. Composant TP Régulateur de débit à 2 voies Distributeur 4/ Distributeur 4/3, centre délestant les conduites de travail Distributeur 4/3, centre fermé 1 1 Robinet d arrêt Vérin différentiel 16/10/ Limiteur de débit unidirectionnel Limiteur de pression Manomètre Capteur de débit 1 1 Poids de 9 kg pour vérin différentiel Moteur hydraulique 1 1 Clapet anti-retour avec tuyau, pression d'ouverture de 0,6 MPa (6 bar) 1 1 Clapet anti-retour déverrouillable 1 1 Répartiteur en T Quadruple répartiteur à manomètre Festo Didactic GmbH & Co. KG XIX

20 Accessoires requis TP Composant Tuyau de 600 mm Tuyau de 1000 mm Tuyau de 1500 mm Capot pour poids de 9 kg Multimètre numérique 1 1 Bloc d alimentation 24 V DC 1 1 Groupe hydraulique Notes à l'intention de l'enseignant ou du formateur Objectifs pédagogiques L'objectif général du présent manuel de travaux pratiques est de faire connaissance avec les bases de l'hydraulique ainsi qu'avec la réalisation pratique des montages sur la plaque profilée. Cette interaction directe entre théorie et pratique est le garant de progrès rapides et durables. Les objectifs pédagogiques spécifiques sont documentés dans la matrice, Des objectifs pédagogiques plus concrets sont affectés à chaque travail pratique. Temps alloué Le temps nécessaire à la réalisation d un TP dépend des connaissances préalables de l'étudiant. Étudiant du travail des métaux ou de l'électricité : 2 semaines environ. Ouvrier professionnel : 1 semaine environ. Composants du jeu d'équipement Manuel de cours, manuel de travaux pratiques, recueil de travaux pratiques et jeu d'équipement sont adaptés les uns aux autres. Pour les 17 TP, vous avez besoin des composants d'un jeu d équipement TP 501. Chaque TP peut être réalisé sur une plaque profilée d'au moins 700 mm de large. Normes Le présent manuel de travaux pratiques applique les normes suivantes : NF ISO : Transmissions hydrauliques et pneumatiques, symboles graphiques et schémas de circuits, symboles NF ISO : Transmissions hydrauliques et pneumatiques, symboles graphiques et schémas de circuits, schémas NF EN Symboles graphiques pour schémas NF EN Systèmes industriels, installations et appareils, et produits industriels ; principes de structuration et désignations de référence XX Festo Didactic GmbH & Co. KG

21 Repérage des corrigés Le texte des corrigés et les compléments donnés dans les graphiques ou diagrammes sont repérés en rouge. Repérage dans les fiches de travail Les textes à compléter sont repérés par des lignes d'écriture ou des cases grisées dans les tableaux. Les graphiques à compléter sont sur fond tramé. Notes à l'intention de l'enseignant Elles fournissent des informations complémentaires sur les différents composants et les commandes réalisées. Ces notes ne figurent pas dans le recueil de travaux pratiques. Corrigés Les corrigés indiqués dans le présent manuel de travaux pratiques sont le résultat de mesures effectuées lors d'essais. Les résultats de vos mesures peuvent différer de ces valeurs. Thèmes d'apprentissage La matrice suivante représente la correspondance entre les thèmes d'apprentissage des établissements de formation professionnelle et le thème de formation «Hydraulique» pour un certain nombre de métiers. Métier Électronicien/ne en automatisation Thème Analyse et adaptation de commandes Réalisation de systèmes et contrôle de leur sécurité Mécanicien/nne industriel/lle Mécatronicien/nne Installation et mise en service de systèmes de commande Étude des flux d'énergie et d'information dans des sous-ensembles électriques, pneumatiques et hydrauliques Réalisation de sous-systèmes mécatroniques Structure des travaux pratiques Les 17 travaux pratiques ont la même structure méthodologique. Ils se divisent en : Titre Objectifs pédagogiques Problème Schéma d'implantation Travaux à exécuter Aides Fiches de travail Le manuel de travaux pratiques contient le corrigé de chacune des fiches de travail des 17 TP. Festo Didactic GmbH & Co. KG XXI

22 Désignation des composants La désignation des éléments sur les schémas de circuits est conforme à la norme DIN ISO Tous les composants d'un circuit possèdent le même repère principal. Des lettres sont attribuées en fonction du composant. Les composants existant en plusieurs exemplaires dans un circuit sont numérotés en continu. Vérins : 1A1, 2A1, 2A2,... Vannes : 1V1, 1V2, 1V3, 2V1, 2V2, 3V1,... Entrée de signaux : 1S1, 1S2,... Accessoires : 0Z1, 0Z2, 1Z1,... Contenu du CD-ROM Le manuel de travaux pratiques figure sous forme de fichier pdf sur le CD-ROM fourni. Celui-ci met en outre à votre disposition des supports additionnels. Le CD-ROM contient les dossiers suivants : Illustrations Notices d utilisation Présentations Schémas FluidSIM Illustrations Des photos et graphiques de composants et applications industrielles sont ici fournis. Ils permettent d illustrer des travaux pratiques plus personnalisés. Les présentations de projets peuvent également être complétées par utilisation de ces illustrations. Notices d utilisation Des notices d utilisation sont ici disponibles pour les composants de l'ensemble de formation. Elles aident à mettre en service et à utiliser les composants. Présentations Ce dossier contient des présentations succinctes de composants de l'ensemble de formation. Ces présentations peuvent s utiliser, par exemple, dans les présentations de projets. Schémas FluidSIM Ce dossier contient les schémas FluidSIM pour tous les travaux pratiques de l ensemble de formation. XXII Festo Didactic GmbH & Co. KG

23 Table des matières Travaux pratiques et corrigés TP 1 : Équipement d'un poste de travail hydraulique 3 TP 2 : Mise en service d'une presse hydraulique à deux colonnes 13 TP 3 : Mesure de la caractéristique d'une pompe 21 TP 4 : Mesure de la caractéristique d'ouverture d'un limiteur de pression 33 TP 5 : Déchargement d'une machine à papier 41 TP 6 : Ouverture d un four de trempe 51 TP 7 : Ouverture et fermeture de la porte d'une chaudière 59 TP 8 : Calcul d'un dispositif de montage 69 TP 9 : Tri de caisses de transport 73 TP 10 : Mesure de la caractéristique d'un régulateur de débit 83 TP 11 : Réglage de la vitesse de montée/descente d'un pont élévateur 93 TP 12 : Optimisation d'une estampeuse 103 TP 13 : Équilibrage des vitesses de sortie et de rentrée 115 TP 14 : Protection contre la rentrée intempestive 123 TP 15 : Correction de la dérive d'un convoyeur 133 TP 16 : Contre-pression à la fermeture d'une porte à guillotine 139 TP 17 : Chargement et déchargement de bennes 147 Festo Didactic GmbH & Co. KG

24 Table des matières 2 Festo Didactic GmbH & Co. KG

25 TP 1 Équipement d'un poste de travail hydraulique Objectifs pédagogiques Quand vous aurez réalisé ce TP, vous aurez appris à connaître la structure et le mode de fonctionnement d'une pompe hydraulique ; connaître les principales grandeurs caractéristiques d'une pompe hydraulique ; savoir sélectionner un groupe hydraulique en fonction de spécifications. Problème On se propose d'installer un nouveau poste de travail hydraulique pour la formation. On utilisera des composants de taille NG 4. La pression maximale de service sera limitée à 6 MPa (60 bar). On dispose d'une prise de courant alternatif de 230 V. Il convient de sélectionner un groupe hydraulique approprié. Schéma d'implantation Poste de travail hydraulique Festo Didactic GmbH & Co. KG

26 TP 1 Équipement d'un poste de travail hydraulique Travaux à exécuter 1. Décrivez la structure et le mode de fonctionnement d'une pompe hydraulique. 2. Calculez le débit d'une pompe hydraulique. 3. Calculez le rendement d'une pompe hydraulique. 4. Sélectionnez un groupe hydraulique en fonction des spécifications. Aides Fiches techniques Manuel de cours Hydraulique 1. Structure et mode de fonctionnement de pompes hydrauliques Information Les pompes hydrauliques sont des pompes volumétriques qui fonctionnent selon le principe «aspiration et refoulement». La cylindrée permet de distinguer trois types de pompe hydraulique de base : les pompes à cylindrée constante ; les pompes à cylindrée variable ; les pompes dont la cylindrée est régulée en fonction de la pression, du débit ou de la puissance. La pompe hydraulique génère un débit (mais pas de pression). Le débit d'une pompe, indiqué en l/min, est déterminé par la quantité refoulée par tour et la vitesse de rotation du moteur. La pression provient de la résistance opposée au débit, par exemple résistance à l'écoulement, résistance de charge, réglage d'un limiteur de pression. La pression s'indique en MPa. 4 Festo Didactic GmbH & Co. KG

27 TP 1 Équipement d'un poste de travail hydraulique a) Décrivez le mode de fonctionnement de la pompe à engrenage représentée Pompe à engrenage Vue en coupe ; 1 : fluide emprisonné, 2 : chambre de compression, 3 : chambre d'aspiration Les pompes à engrenage sont des pompes à cylindrée constante puisque le volume refoulé, déterminé par l'entredent, n'est pas variable. La pompe à engrenage fonctionne selon le principe suivant : Une roue dentée est reliée à l'arbre d'entraînement et fait tourner l'autre roue dentée par l'intermédiaire de l'engrenage. L'augmentation du volume résultant de la sortie d'une dent de l'entredent engendre une dépression dans la chambre d'aspiration. Le fluide sous pression remplit les chambres des dents et est refoulé à l'extérieur, le long du corps, dans la chambre de compression. Le fluide sous pression y est expulsé des chambres des dents par engrenage des dents et entredents et refoulé dans les tuyauteries. Notes pour l'enseignement Les interstices des dents, entre chambres d'aspiration et de compression, emprisonnent du fluide. Ce fluide est acheminé par une rainure à la chambre de compression car la compression de l'huile emprisonnée entraînerait sinon des à-coups de pression susceptibles de produire des bruits et de détruire la pompe. La quantité d'huile de fuite est fonction de la taille des interstices (entre le carter, la denture et les flancs des dents), de la profondeur d'engrènement, de la viscosité et de la vitesse de rotation. Festo Didactic GmbH & Co. KG

28 TP 1 Équipement d'un poste de travail hydraulique b) Nommez les symboles grisés et décrivez brièvement la fonction des composants P T M 4 Groupe hydraulique Symboles 1. Moteur électrique à un sens de rotation Entraînement de pompes hydrauliques. 2. Pompe hydraulique Pompe hydraulique à cylindrée constante. Le débit est déterminé par la vitesse de rotation du moteur et le volume refoulé par tour. 3. Manomètre Indique le niveau de pression avec une certaine tolérance. 4. Limiteur de pression Limiteur de pression réglable sans raccord d'huile de fuite. Le limiteur commence à s'ouvrir dès que la pression réglée est atteinte. 6 Festo Didactic GmbH & Co. KG

29 TP 1 Équipement d'un poste de travail hydraulique c) Notez en face de chaque composant du groupe hydraulique le numéro de repère auquel il correspond sur le dessin Groupe hydraulique Représentation schématique N du composant Composant (désignation) 6 Bouchon de vidange 3 Chambre d'aspiration 2 Tube d'aspiration 10 Prise d'air avec filtre à air 4 Plaque de stabilisation 8 Filtre de remplissage 9 Jauge, niveau maximal 7 Jauge, niveau minimal 1 Moteur et pompe 11 Retour d'huile 5 Chambre de retour d'huile Festo Didactic GmbH & Co. KG

30 TP 1 Équipement d'un poste de travail hydraulique 2. Calcul du débit d'une pompe hydraulique Information La cylindrée V (également désignée par volume refoulé) caractérise la taille de la pompe. Elle désigne le volume de fluide que la pompe refoule en un tour (ou une course). Le volume de fluide refoulé par minute est appelé débit (volumique) q. Il correspond au produit de la cylindrée V par la vitesse n : q n V Calculez le débit d'une pompe à engrenage. Soit la vitesse de rotation la cylindrée n = 1450 tr/min V = 2,8 cm 3 (par tour) On cherche le débit q en l/min Calcul cm dm q nv 1450 tr/min 2,8 cm = 4060 = 4,06 = 4,06 l/min min min 8 Festo Didactic GmbH & Co. KG

31 TP 1 Équipement d'un poste de travail hydraulique 3. Calcul du rendement d'une pompe hydraulique Information La transformation de la puissance mécanique en puissance hydraulique par la pompe se traduit par une dissipation de puissance que l'on peut exprimer par le rendement. La puissance hydraulique utile P hyd est fonction de la pression de service p et du débit effectif q eff. La puissance utile se calcule comme suit P hyd p q eff Le rendement volumétrique est le rapport du débit effectif au débit théorique calculé de la pompe q vol q eff th q V n th th qeff Vth n vol Calculez le rendement d'une pompe hydraulique. Soit la vitesse de rotation la cylindrée le débit effectif n = 1450 tr/min V = 6,5 cm 3 (par tour) l qeff 8,6 à 100 bar min On cherche le rendement vol Calcul 3 l qth 6,5 cm 1450 tr/min = 9,4 min l q 8,6 eff min vol = 0,92 = 92 % q l th 9,4 min Festo Didactic GmbH & Co. KG

32 TP 1 Équipement d'un poste de travail hydraulique 4. Choix d'un groupe hydraulique Information Vous trouverez ci-après des extraits de trois fiches techniques de groupes hydrauliques. Choisissez le groupe hydraulique qui remplit les conditions suivantes : Moteur à tension nominale de 230 V Fréquence de 50 Hz Débit de 2,2 l/min à vitesse de rotation nominale Poids de 20 kg maximum sans huile Généralités HA-5L HA-5L HA-20L Dimensions Longueur Largeur Hauteur 580 mm 300 mm 180 mm 580 mm 300 mm 180 mm mm Poids à vide avec huile 19 kg 24 kg 19 kg 24 kg 19 kg 29 kg Partie électrique HA-5L HA-5L HA-20L Moteur Courant alternatif monophasé Courant alternatif monophasé Courant alternatif triphasé Puissance nominale 650 W 550 W 550 W Tension nominale 230 V 110 V 400 V Fréquence 50 Hz 60 Hz 50 Hz Vitesse de rotation nominale 1320 tr/min 1680 tr/min 1390 tr/min Degré de protection IP 20 IP 20 IP 20 Facteur de marche 50 % 50 % 100 % 10 Festo Didactic GmbH & Co. KG

33 TP 1 Équipement d'un poste de travail hydraulique Partie hydraulique HA-5L HA-5L HA-20L Fluide Type de pompe Huile minérale, viscosité recommandée de 22 cst (mm 2 /s) Pompe à engrenage externe Débit géométrique 1,6 cm 3 1,6 cm 3 1,6 cm 3 Débit à vitesse de rotation nominale Pression de service Réglage Plage d affichage du manomètre 2,2 l/min 2,7 l/min 2,2 l/min 0,5 6 MPa (5 60 bar) manuel 0-10 MPa (0-100 bar) Classe de qualité du manomètre 1,6 Capacité du réservoir d'huile 5 l environ 5 l environ 10 l environ Filtre de retour, finesse du filtre Raccordement 90 m Un coupleur rapide respectivement sur P et T, un accouplement pour la conduite de retour au réservoir, un raccord pour le récipient de mesure de débit Quel groupe hydraulique avez-vous choisi? Justifiez votre choix. Le groupe hydraulique choisi porte la désignation HA-5L Il remplit les conditions requises : Moteur à tension nominale de 230 V Fréquence de 50 Hz Débit de 2,2 l/min à vitesse de rotation nominale Poids de 20 kg maximum sans huile Festo Didactic GmbH & Co. KG

34 TP 1 Équipement d'un poste de travail hydraulique 12 Festo Didactic GmbH & Co. KG

35 Table des matières Travaux pratiques et fiches de travail TP 1 : Équipement d'un poste de travail hydraulique 3 TP 2 : Mise en service d'une presse hydraulique à deux colonnes 13 TP 3 : Mesure de la caractéristique d'une pompe 21 TP 4 : Mesure de la caractéristique d'ouverture d'un limiteur de pression 33 TP 5 : Déchargement d'une machine à papier 41 TP 6 : Ouverture d un four de trempe 51 TP 7 : Ouverture et fermeture de la porte d'une chaudière 59 TP 8 : Calcul d'un dispositif de montage 69 TP 9 : Tri de caisses de transport 73 TP 10 : Mesure de la caractéristique d'un régulateur de débit 83 TP 11 : Réglage de la vitesse de montée/descente d'un pont élévateur 93 TP 12 : Optimisation d'une estampeuse 103 TP 13 : Équilibrage des vitesses de sortie et de rentrée 115 TP 14 : Protection contre la rentrée intempestive 123 TP 15 : Correction de la dérive d'un convoyeur 133 TP 16 : Contre-pression à la fermeture d'une porte à guillotine 139 TP 17 : Chargement et déchargement de bennes 145 Festo Didactic GmbH & Co. KG I

36 Table des matières Festo Didactic GmbH & Co. KG II

37 TP 1 Équipement d'un poste de travail hydraulique Objectifs pédagogiques Quand vous aurez réalisé ce TP, vous aurez appris à connaître la structure et le mode de fonctionnement d'une pompe hydraulique ; connaître les principales grandeurs caractéristiques d'une pompe hydraulique ; savoir sélectionner un groupe hydraulique en fonction de spécifications. Problème On se propose d'installer un nouveau poste de travail hydraulique pour la formation. On utilisera des composants de taille NG 4. La pression maximale de service sera limitée à 6 MPa (60 bar). On dispose d'une prise de courant alternatif de 230 V. Il convient de sélectionner un groupe hydraulique approprié. Schéma d'implantation Poste de travail hydraulique Festo Didactic GmbH & Co. KG

38 TP 1 Équipement d'un poste de travail hydraulique Travaux à exécuter 1. Décrivez la structure et le mode de fonctionnement d'une pompe hydraulique. 2. Calculez le débit d'une pompe hydraulique. 3. Calculez le rendement d'une pompe hydraulique. 4. Sélectionnez un groupe hydraulique en fonction des spécifications. Aides Fiches techniques Manuel de cours Hydraulique 1. Structure et mode de fonctionnement de pompes hydrauliques Information Les pompes hydrauliques sont des pompes volumétriques qui fonctionnent selon le principe «aspiration et refoulement». La cylindrée permet de distinguer trois types de pompe hydraulique de base : les pompes à cylindrée constante ; les pompes à cylindrée variable ; les pompes dont la cylindrée est régulée en fonction de la pression, du débit ou de la puissance. La pompe hydraulique génère un débit (mais pas de pression). Le débit d'une pompe, indiqué en l/min, est déterminé par la quantité refoulée par tour et la vitesse de rotation du moteur. La pression provient de la résistance opposée au débit, par exemple résistance à l'écoulement, résistance de charge, réglage d'un limiteur de pression. La pression s'indique en MPa. 4 Nom: Date: Festo Didactic GmbH & Co. KG

39 TP 1 Équipement d'un poste de travail hydraulique a) Décrivez le mode de fonctionnement de la pompe à engrenage représentée Pompe à engrenage Vue en coupe ; 1 : fluide emprisonné, 2 : chambre de compression, 3 : chambre d'aspiration Festo Didactic GmbH & Co. KG Nom: Date: 5

40 TP 1 Équipement d'un poste de travail hydraulique b) Nommez les symboles grisés et décrivez brièvement la fonction des composants P T M 4 Groupe hydraulique Symboles 6 Nom: Date: Festo Didactic GmbH & Co. KG

41 TP 1 Équipement d'un poste de travail hydraulique c) Notez en face de chaque composant du groupe hydraulique le numéro de repère auquel il correspond sur le dessin Groupe hydraulique Représentation schématique N du composant Composant (désignation) Bouchon de vidange Chambre d'aspiration Tube d'aspiration Prise d'air avec filtre à air Plaque de stabilisation Filtre de remplissage Jauge, niveau maximal Jauge, niveau minimal Moteur et pompe Retour d'huile Chambre de retour d'huile Festo Didactic GmbH & Co. KG Nom: Date: 7

42 TP 1 Équipement d'un poste de travail hydraulique 2. Calcul du débit d'une pompe hydraulique Information La cylindrée V (également désignée par volume refoulé) caractérise la taille de la pompe. Elle désigne le volume de fluide que la pompe refoule en un tour (ou une course). Le volume de fluide refoulé par minute est appelé débit (volumique) q. Il correspond au produit de la cylindrée V par la vitesse n : q n V Calculez le débit d'une pompe à engrenage. Soit la vitesse de rotation la cylindrée n = 1450 tr/min V = 2,8 cm 3 (par tour) On cherche le débit q en l/min Calcul 8 Nom: Date: Festo Didactic GmbH & Co. KG

43 TP 1 Équipement d'un poste de travail hydraulique 3. Calcul du rendement d'une pompe hydraulique Information La transformation de la puissance mécanique en puissance hydraulique par la pompe se traduit par une dissipation de puissance que l'on peut exprimer par le rendement. La puissance hydraulique utile P hyd est fonction de la pression de service p et du débit effectif q eff. La puissance utile se calcule comme suit P hyd p q eff Le rendement volumétrique est le rapport du débit effectif au débit théorique calculé de la pompe q vol q eff th q V n th th qeff Vth n vol Calculez le rendement d'une pompe hydraulique. Soit la vitesse de rotation la cylindrée le débit effectif n = 1450 tr/min V = 6,5 cm 3 (par tour) l qeff 8,6 à 100 bar min On cherche le rendement vol Calcul Festo Didactic GmbH & Co. KG Nom: Date: 9

44 TP 1 Équipement d'un poste de travail hydraulique 4. Choix d'un groupe hydraulique Information Vous trouverez ci-après des extraits de trois fiches techniques de groupes hydrauliques. Choisissez le groupe hydraulique qui remplit les conditions suivantes : Moteur à tension nominale de 230 V Fréquence de 50 Hz Débit de 2,2 l/min à vitesse de rotation nominale Poids de 20 kg maximum sans huile Généralités HA-5L HA-5L HA-20L Dimensions Longueur Largeur Hauteur 580 mm 300 mm 180 mm 580 mm 300 mm 180 mm mm Poids à vide avec huile 19 kg 24 kg 19 kg 24 kg 19 kg 29 kg Partie électrique HA-5L HA-5L HA-20L Moteur Courant alternatif monophasé Courant alternatif monophasé Courant alternatif triphasé Puissance nominale 650 W 550 W 550 W Tension nominale 230 V 110 V 400 V Fréquence 50 Hz 60 Hz 50 Hz Vitesse de rotation nominale 1320 tr/min 1680 tr/min 1390 tr/min Degré de protection IP 20 IP 20 IP 20 Facteur de marche 50 % 50 % 100 % 10 Nom: Date: Festo Didactic GmbH & Co. KG

45 TP 1 Équipement d'un poste de travail hydraulique Partie hydraulique HA-5L HA-5L HA-20L Fluide Type de pompe Huile minérale, viscosité recommandée de 22 cst (mm 2 /s) Pompe à engrenage externe Débit géométrique 1,6 cm 3 1,6 cm 3 1,6 cm 3 Débit à vitesse de rotation nominale Pression de service Réglage Plage d affichage du manomètre 2,2 l/min 2,7 l/min 2,2 l/min 0,5 6 MPa (5 60 bar) manuel 0-10 MPa (0-100 bar) Classe de qualité du manomètre 1,6 Capacité du réservoir d'huile 5 l environ 5 l environ 10 l environ Filtre de retour, finesse du filtre Raccordement 90 m Un coupleur rapide respectivement sur P et T, un accouplement pour la conduite de retour au réservoir, un raccord pour le récipient de mesure de débit Quel groupe hydraulique avez-vous choisi? Justifiez votre choix. Festo Didactic GmbH & Co. KG Nom: Date: 11

46 TP 1 Équipement d'un poste de travail hydraulique 12 Nom: Date: Festo Didactic GmbH & Co. KG