Les vérins pneumatiques

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1 Les vérins pneumatiques Principe Un vérin pneumatique est un actionneur linéaire dans lequel l'énergie de l'air comprimé est transformée en travail mécanique. Applications Cet actionneur de conception robuste et de simplicité de mise en œuvre est utilisé dans toutes les industries manufacturières. Il permet de reproduire les actions manuelles d'un opérateur telles que pousser, tirer, plier, serrer, soulever, poinçonner, positionner, etc... Les croquis ci-dessous évoquent les principaux emplois des vérins pneumatiques en automatisation de production Constitution d un vérin Fig. 1 Emplois des vérins Un piston muni d une tige se déplace librement à l intérieur d un tube. Pour faire sortir la tige, on applique une pression sur la face avant du piston, et sur la face arrière pour faire rentrer la tige. Fig. 2 Vue en coupe d un vérin pneumatique Amortissement Certains vérins disposent d amortisseurs afin d obtenir un ralentissement en fin de mouvement de façon à éviter un choc du piston sur le nez ou le fond du vérin.

2 Auxiliaires implantés sur les vérins Il est possible d équiper les vérins de dispositifs de contrôle de mouvement tels que régleurs de vitesse et capteurs de position magnétique. Les différents types de vérins pneumatiques Vérin double effet Un vérin double effet a deux directions de travail. Il comporte deux orifices d'alimentation et la pression est appliquée alternativement de chaque côté du piston ce qui entraîne son déplacement dans un sens puis dans l'autre. Fig. 3 Vérin double effet avec son distributeur L'air comprimé est distribué par un distributeur à deux sorties. Vérin simple effet Un vérin simple effet ne travaille que dans un sens. L'arrivée de la pression ne se fait que sur un seul orifice d'alimentation ce qui entraîne le piston dans un seul sens, son retour s'effectuant sous l'action d'un ressort. Fig. 4 Vérin simple effet avec son distributeur Un distributeur à une seule sortie est donc suffisant. L'emploi de ces vérins reste limité aux faibles courses. Caractéristiques d un vérin Un vérin est déterminé par sa course et par son diamètre : de sa course dépend la longueur du déplacement à assurer, de son diamètre et de la pression de l'air dépend l'effort à développer.

3 Effort développé La poussée théorique d un vérin est donnée par la relation : F = p. S avec F en dan, p la pression en bar, S la surface du piston en cm 2 En réalité, l effort développé par le vérin doit être supérieur à la poussée théorique pour tenir compte des frottements. On adopte un coefficient de majoration appelé taux de charge. Le plus souvent, on adopte un taux de charge T c = 60%. L effort développé par le vérin est donné par : avec M masse à déplacer en kg et g, la gravité = 9,81 m/s 2 Un vérin ne développe pas le même effort en sortie ou en rentrée de tige. La poussée est plus importante en sortie de tige qu en rentrée de tige. En sortie de tige, la surface du piston sur laquelle est appliquée la poussée est égale à (voir fig 5) En rentrée de tige, la surface n est plus que: (voir fig 6) Fig. 5 Surface du piston en sortie de tige Fig. 6 Surface du piston en rentrée de tige Comme S2 < S1, à pression constante, l effort développé est moins important en rentrée de tige qu en sortie de tige Les distributeurs pneumatiques Fonction Ils ont pour fonction essentielle de distribuer le fluide dans des canalisations qui aboutissent aux chambres des vérins. Comme le contacteur associé à un moteur électrique, le distributeur est le préactionneur associé à un vérin pneumatique.

4 Constitution d un distributeur Le distributeur comporte un coulisseau, ou tiroir qui se déplace dans le corps du distributeur. Il permet de fermer ou d ouvrir les orifices par où circule l air (orifices 2 & 4). Représentation schématique des distributeurs La représentation d'un distributeur s'effectue à l'aide de cases. Il y a autant de cases que de positions possibles. A l'intérieur des cases, on représente les voies de passage de l'air pour chacune des positions. Pour caractériser un distributeur, il faut définir le nombre de voies ou d'orifices ainsi que le nombre de positions (exemple distributeur 3/2 : ce distributeur comprend 3 orifices et 2 positions) Distributeur 3 / 2 Distributeur 4 / 2 Distributeur 5 / 2 Distributeur 5 / 3 à centre fermé

5 Le raccordement des tuyauteries se représente sur la case symbolisant l'état de repos du distributeur. Pour en comprendre le fonctionnement, il faut imaginer que les canalisations sont fixes et que ce sont les cases qui se déplacent devant les canalisations, et non l'inverse. Différents types de distributeur Sa taille et son type sont fonction du vérin : si le vérin est à simple effet et ne comporte donc qu'un seul orifice à alimenter, on utilise un distributeur ne comportant qu'un seul orifice de sortie : distributeur 3/2 à trois orifices (pression, sortie, échappement) et à deux positions ; si le vérin est à double effet et comporte donc deux orifices sur lesquels il faut alterner les états de pression et d'échappement, on utilise un distributeur comportant deux orifices de sortie. Deux possibilités sont offertes : - distributeurs 4/2 à quatre orifices (pression, sortie 1, sortie 2, échappement) et deux positions. - distributeurs 5/2 à cinq orifices (pression, sortie 1, sortie 2, échappement 1, échappement 2) et deux positions ; Dans les cas particuliers où il est nécessaire d'immobiliser ou de mettre hors énergie le vérin double effet, on utilise un distributeur 5/3 (cinq orifices, trois positions) à centre fermé ou à centre ouvert. Pilotage des distributeurs Bistable : le distributeur garde sa position en l'absence de signal de pilotage (fonction mémoire). Monostable : le distributeur est rappelé dès la disparition du signal de pilotage par un ressort. Les distributeurs sont à pilotage pneumatique ou, avec l'addition d'électrovannes à pilotage électrique.

6 Pilotage pneumatique Pilotage électrique Pilotage manuel Les commandes manuelles auxiliaires facilitent les interventions de mise au point sur les machines. Les régleurs de vitesse Principe Pour régler la vitesse d un vérin, il suffit d ajuster le débit de l air qui s échappe du vérin (Vitesse = débit de l air / surface du piston) en utilisant un limiteur de débit. Constitution Le limiteur de débit, ou régleur de vitesse, est basé sur une réduction de section obtenue par une vis de réglage. Il est couplé avec un clapet anti-retour qui permet le passage direct de l air d admission dans le vérin, et on réduit le débit de l air dans le sens de l échappement. Ce type de régleur de vitesse s appelle " régleur de débit unidirectionnel " Fonctionnement d un régleur de débit unidirectionnel Pour alimenter le vérin, l air soulève la jupe anti-retour et circule librement (voir fig.1). Seul un petit filet d air passe par la restriction réglable. Lorsque l air est évacué du vérin, la jupe bloque le passage de l air d échappement et l air doit passer par l orifice limité par la vis de réglage (voir fig.2) qui détermine le débit. Figure 1 Figure 2 Montage d un régleur de débit unidirectionnel Les régleurs de vitesse sont en général, vissés directement sur les orifices du vérin, ceci pour éviter les à-coups dansles mouvements de la tige du vérin. Symbole d un régleur de débit unidirectionnel