LA CHAINE D ENERGIE PNEUMATIQUE

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1 LA CHAINE D ENERGIE PNEUMATIQUE Cliquer sur l icône GDA : Guide des automatismes, Puis sur 2 La partie opérative Et enfin, 2.2 La chaîne d action Vous allez utiliser le logiciel GDA pour comprendre la chaîne d énergie pneumatique et vous compléterez ce dossier au fur et à mesure. Sur le logiciel, cliquez sur chaque mot rouge, ou déplacer la souris pour avoir une information ou des précisions sur la zone étudiée. La chaîne d énergie pneumatique est généralement constituée : D un distributeur D un vérin D un effecteur Compléter les rectangles blancs Consigne Energie Entraînement Le distributeur Le vérin L effecteur LA CHAINE D ENERGIE PNEUMATIQUE 1/9

2 I. LE VERIN PNEUMATIQUE 1. Rôle du vérin Le vérin pneumatique fait partie des actionneurs pneumatiques. L énergie mécanique est produite sous forme d un mouvement permettant de provoquer un déplacement ou de créer une force. Compléter l actigramme cicontre d un vérin pneumatique 2. Constitution d un vérin Quelque soit le vérin, son type et son constructeur, il sera constitué des mêmes éléments. Le piston est solidaire de la tige qui peut se déplacer à l intérieur du corps. Le corps est délimité par le nez et le fond dans lesquels sont aménagés les orifices d alimentation en air comprimé. Les espaces vides qui peuvent être remplis d air comprimé s appellent les chambres (chambre avant chambre arrière). Compléter les noms des pièces sur la figure ci-contre 3. Principe de fonctionnement C est l air comprimé, qui pénétrant dans l une des chambres, pousse sur le piston. La tige se déplace. L air présent dans l autre chambre est donc chassé et évacué du corps du vérin. Le mouvement contraire est obtenu en inversant le sens de déplacement de l air. Phase sortie de la tige du vérin Phase rentrée de la tige du vérin Indiquer par des flèches de couleur la circulation du fluide : Rouge :admission Bleu : échappement LA CHAINE D ENERGIE PNEUMATIQUE 2/9

3 4 Types de vérins 4.1 Le vérin pneumatique double effet Le piston peut se déplacer librement dans le corps lorsqu il est poussé par l air comprimé. En absence d air comprimé, il reste en position (tige rentrée ou sortie). Tige du vérin rentrée Tige du vérin sortie Sur le tableau précédent et suivant, indiquer colonne de gauche le nom des éléments et compléter colonne de droite le symbole correspondant 4.2 Le vérin pneumatique simple effet 5 Vérins spéciaux Les fabricants proposent une grande quantité de vérins spéciaux : vérins rotatifs, vireurs, vérins sans tiges, vérins à tige creuse, micro-vérins, vérins à faible course, vérins anti-rotation Indiquer page suivante, le nom de chaque vérin sous chaque image. LA CHAINE D ENERGIE PNEUMATIQUE 3/9

4 6 Caractéristiques et dimensionnement Outre son type, un vérin se détermine en fonction de paramètres de fonctionnement comme la force à développer et la vitesse de déplacement de la tige ou de critères techniques (environnement, encombrement, utilisations particulières, amortissement de fin de course ) Les choix d actionneurs conduisent à des calculs de comportement et de dimensions et au choix des composants complémentaires. Les catalogues de fabricants sont d une aide précieuse. 6.1 Réglage de vitesse des vérins La vitesse maximale que peut atteindre la tige d un vérin est de 2 à 3 m.s -1. De telles vitesses peuvent user prématurément le matériel. Cette vitesse va dépendre directement de la vitesse avec laquelle la pression «moteur» prend le pas sur la pression résistante. Si la pression s établissait instantanément dans la chambre arrière tandis que l air comprimé s échappait instantanément de la chambre avant, la tige de vérin sortirait à la pression maximale. Si on empêche l air comprimé de s échapper de la chambre avant, la tige de vérin ne pourra sortir totalement (l air sera comprimé par la poussée du piston et la pression résistante de viendra suffisante pour créer un effort d opposition supérieur à l effort de poussée). Le réglage de la vitesse va donc se faire en jouant sur le débit d échappement de l air comprimé. Une restriction placée sur la canalisation d échappement permet de régler ce débit. 6.2 Réducteur de débit unidirectionnel Effectuer le réglage du réducteur de vitesse arrière à 15 %. Quelle est la position occupée par la tige du vérin? Représenter alors le piston et sa tige sur le schéma ci-contre. Représenter la position des deux clapets anti-retour. LA CHAINE D ENERGIE PNEUMATIQUE 4/9

5 Faire sortir le vérin en appuyant sur la commande de gauche du distributeur. La tige du vérin sort rapidement ou doucement? Représenter alors le piston et sa tige sur le schéma ci-contre à la fin de la sortie du piston Représenter la position des deux clapets anti-retour. Faire rentrer la tige due vérin en appuyant sur la commande de droite du distributeur. La tige du vérin rentre rapidement ou doucement? Représenter alors le piston et sa tige sur le schéma ci-contre à la fin de la rentrée du piston Représenter la position des deux clapets anti-retour. Conclusion par rapport à l animation effectuée : Détermination de la course du vérin La course est choisie en fonction du déplacement à réaliser. Compléter le nom des flèches ci-dessous. LA CHAINE D ENERGIE PNEUMATIQUE 5/9

6 6.3 Détermination du diamètre Le diamètre du piston est en rapport direct avec l effort axial développé par le vérin o Effort théorique de sortie de tige : l air comprimé situé dans la chambre arrière applique une poussée sur tout la surface qui l emprisonne entre autre, sur toute la surface du piston. Il en résulte un effort axial théorique développé par le vérin et transmis en bout de tige Compléter l image cicontre. Ft = o Effort de rentrée de tige : 6.4 Calculs et unités pratiques LA CHAINE D ENERGIE PNEUMATIQUE 6/9

7 II. LE DISTRIBUTEUR PNEUMATIQUE 1. Rôle du distributeur Les chambres d un vérin en fonctionnement, doivent être, alternativement mises à la pression et à l échappement. Il n est pas question de modifier les branchements des différents tuyaux. Le distributeur aura pour rôle de réaliser les deux configurations possibles de branchements, en fonction d un signal de commande extérieur. Compléter sur la figure ci-contre le nom des deux triangles. 2. Principe de fonctionnement Schématiquement, un distributeur sera constitué d un tiroir percé de canalisations. Ce tiroir pourra occuper (en glissant) deux positions différentes à l intérieur du corps. Le distributeur schématisé sert à alimenter un vérin double effet (puisqu on a prévu deux canalisations vers le vérin). Phase rentrée de la tige Phase sortie de la tige Représenter en couleur rouge la pression et en bleue l échappement sur les triangles, les traits et les cases des deux figures ci-dessus. 3. Principe de désignation Un distributeur sera identifié par le nombre de tuyaux que l on peut connecter (on parle alors d orifices) et le nombre de positions que peut occuper le tiroir. Le distributeur présenté a quatre orifices : une alimentation en pression, un échappement, une connexion avec la chambre avant, une connexion avec la chambre arrière, et deux positions. Compléter l image à l aide des mots précédents. LA CHAINE D ENERGIE PNEUMATIQUE 7/9

8 Si le distributeur possède une commande par ressort, il est monostable (ou à simple pilotage). Seule la position obtenue grâce au ressort est stable: en l'absence d'un signal de pilotage extérieur, le tiroir se place automatiquement dans la position du ressort. Si le distributeur possède deux pilotages de même nature, il est bistable (ou à double pilotage). Les deux positions sont des positions stables en l'absence d'un signal de commande extérieure, le tiroir ne bouge pas et reste dans la position qu'il occupe. Attention: le choix d'une commande stable ou bistable dépend exclusivement des considérations liées à la partie commande. Une erreur trop fréquente consiste à penser qu'il y a un rapport entre un vérin simple effet et un distributeur monostable! Compléter les symboles dans le tableau ci-dessus. Exemple de désignation : Distributeur 4/2 bistable à commande manuelle Indiquer la désignation des 5 distributeurs ci-dessus.. LA CHAINE D ENERGIE PNEUMATIQUE 8/9

9 A l aide de l exercice sur les distributeurs, compléter le tableau ci-dessous en donnant le nom du distributeur ( 1 colonne ), sa ou ses commande(s) ( 2 colonne ), et en représentant les flèches dans le distributeur ( 3 colonne. Distributeur A commande Compléter le schéma LA CHAINE D ENERGIE PNEUMATIQUE 9/9

10 E : Chaîne d énergie électropneumatique Simulation d un vérin avec le logiciel GDA LA CHAINE D ENERGIE PNEUMATIQUE : SIMULATION AVEC LE LOGICIEL GDA. CYCLE D ALLER RETOUR D UN VERIN SIMPLE EFFET. L aide informatique situé sur le blog STI2D Fourier va vous permettre de réaliser l animation du schéma électropneumatique et de répondre aux questions posées sur ce dossier. Analyse du schéma Ouvrir le fichier «1_verin_simple_effet.gds» Exécuter la commande pour chacun des composants du schéma représenté comme indiqué sur le blog. Compléter page suivante, la nomenclature des composants définis sur le schéma ci-dessous : 1 colonne : repère du composant 2 colonne : désignation, 3 colonne : schéma normalisé, 4 colonne : pour les composants 11 et 13, expliquer sommairement le fonctionnement à l aide d un texte et d un dessin. Remarques : photos et vues en coupe L'icône "photo" permet, lorsque la case est cochée, d'afficher une fenêtre séparée du simulateur (il est possible de la déplacer, y compris sur un second écran). Dés l'instant où cette commande a été sélectionnée, chaque clic sur un composant affichera une photo et, éventuellement, une vue en coupe animée expliquant le fonctionnement de ce composant Simulation de la chaîne électropneumatique avec GDA. 1/4

11 E : Chaîne d énergie électropneumatique Nomenclature des composants : Simulation d un vérin avec le logiciel GDA Repère Désignation du composant Schéma normalisé Caractéristiques de fonctionnement Composant Composant Fermer la simulation. Simulation de la chaîne électropneumatique avec GDA. 2/4

12 E : Chaîne d énergie électropneumatique Simulation d un vérin avec le logiciel GDA CYCLE D ALLER RETOUR D UN VERIN DOUBLE EFFET Calques Le simulateur permet de dessiner un ensemble de circuits dans 3 calques réunis dans un même dossier. Les trois calques communiquent entre eux et la simulation est continue d'un calque à l'autre. Il est possible de copier ou déplacer tout ou partie d'un schéma d'un calque à l'autre. La navigation entre les 3 calques se fait en cliquant sur les onglets situés en bas à droite de l'écran. Construction du schéma «Vérin double effet distributeur 4/2 bistable» Ouvrir le calque «2» du fichier «1_verin_simple_effet.gds» Réaliser le schéma comme indiqué sur le fichier animation allerretour du vérin double effet situé sur le blog. Exécuter la commande pour simuler l aller-retour du vérin double effet, puis fermer la simulation. 1. Construction du schéma «Vérin double effet distributeur 4/2 bistable Régulateur de débit unidirectionnel» Ouvrir le calque «2» du fichier «1_verin_simple_effet.gds» Modifier le schéma comme indiqué ci-contre. Exécuter la commande pour simuler l aller-retour du vérin double effet. En mode simulation, le limiteur est animé et la bille du clapet antiretour se décolle de son siège si la pression la pousse vers le haut. En cours de simulation, il est possible, en cliquant sur le composant, de régler le taux d'ouverture du régleur de débit. Ce choix est actif dés qu'on appuie sur le bouton OK. Lors de la sauvegarde, les réglages des limiteurs sont enregistrés. Par défaut, le taux de tous les limiteurs est de 100%. Fermer la simulation Simulation de la chaîne électropneumatique avec GDA. 3/4

13 E : Chaîne d énergie électropneumatique Vérin double effet dans quatre positions. Simulation d un vérin avec le logiciel GDA Représenter le schéma du vérin double effet avec ses régulateurs de débit unidirectionnel dans les quatre positions ci-dessous en vous aidant de la simulation. Simulation tige rentrée Simulation tige sortante Simulation tige sortie Simulation tige rentrante Simulation de la chaîne électropneumatique avec GDA. 4/4

14 E : Chaîne d énergie électropneumatique Simulation d un vérin double effet avec le logiciel GDA LA CHAINE D ENERGIE PNEUMATIQUE : SIMULATION AVEC LE LOGICIEL GDA. CYCLE D ALLER RETOUR D UN VERIN DOUBLE EFFET L aide informatique situé sur le blog STI2D Fourier va vous permettre de réaliser l animation du schéma électropneumatique et de répondre aux questions posées sur ce dossier. Analyse du schéma Ouvrir le fichier «2_verin_double_effet.gds» A l aide du logiciel, compléter le schéma ci-dessous en représentant les composants manquants 6 et 7. Compléter page suivante, la nomenclature des composants définis sur le schéma ci-dessous : 1 colonne : repère du composant 2 colonne : désignation, 3 colonne : schéma normalisé, Pour les composants 1 et 6, expliquer sommairement le fonctionnement à l aide d un texte et d un dessin Simulation de la chaîne électropneumatique avec GDA : vérin double effet. 1/4

15 E : Chaîne d énergie électropneumatique Nomenclature des composants : Simulation d un vérin double effet avec le logiciel GDA Repère Désignation du composant Schéma normalisé Repère Désignation du composant Schéma normalisé Caractéristiques de fonctionnement Composant 1 Composant 6 Vérin double effet dans deux positions. Représenter le schéma du vérin double effet avec ses régulateurs de débit unidirectionnel dans les quatre positions ci-dessous en vous aidant de la simulation. Simulation tige rentrée Simulation tige sortie Simulation de la chaîne électropneumatique avec GDA : vérin double effet. 2/4

16 E : Chaîne d énergie électropneumatique Simulation d un vérin double effet avec le logiciel GDA Simulation du fonctionnement 1. Mise sous tension : «appuis sur men» Représenter le contact «men» en position fermée. Colorier en rouge le circuit électrique en conséquence. Quels sont les effets sur le système? 2. Mise en marche : «appuis sur marche» Représenter le contact «men» et le contact «marche» en position fermée. Colorier en rouge le circuit électrique en conséquence. Quels sont les effets sur le système? Simulation de la chaîne électropneumatique avec GDA : vérin double effet. 3/4

17 E : Chaîne d énergie électropneumatique Simulation d un vérin double effet avec le logiciel GDA 3. Auto alimentation : «arrêt de l appuis sur marche» Représenter le contact «men» en position fermée et le contact «marche» à nouveau en position ouverte Colorier en rouge le circuit électrique en conséquence. Quels sont les effets sur le système? 4. Arrêt : «appuis sur arrêt» Représenter le contact «men» en position fermée et le contact «arrêt» en position ouverte. Colorier en rouge le circuit électrique en conséquence. Quels sont les effets sur le système? Simulation de la chaîne électropneumatique avec GDA : vérin double effet. 4/4