Dossier La régulation de vitesse

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1 Dossier La régulation de vitesse Festo Belgium sa Rue Colonel Bourg 101 BE-1030 Bruxelles

2 La régulation de vitesse Le but d'un régulateur de vitesse est de régler la vitesse des vérins et des moteurs pneumatiques en modifiant le débit de l'air Q. Cela s'effectue en modifiant le passage nominal. Dans un cas, le débit de l'air est accru, ce qui augmente la vitesse. Généralement le débit de l'air est toutefois limité, ce qui entraîne un ralentissement de la vitesse. La manière la plus simple de réaliser cela, est l'utilisation d'un limiteur de débit. 2

3 Le limiteur de débit Un limiteur de débit n est rien de plus qu un robinet qui est plus ou moins ouvert. Le réglage se fait généralement au moyen d une aiguille. La forme de l aiguille détermine la courbe de débit du limiteur de débit. Selon le réglage précis à effectuer dans les débits les plus hauts ou les plus bas, nous utilisons un limiteur de débit avec une courbe adéquate. La mise au point du débit se fait par le réglage de la vis du limiteur ou par une commande mécanique. Dans un limiteur de débit, le débit est réglé dans les deux sens. Le débit réglé est à peu près identique dans un sens ou dans l autre. Figure 1. Figure 3. Figure 2. Figure 4. 3

4 Le régulateur de vitesse Le régulateur de vitesse est un limiteur de débit dont le débit n'est limité que dans un sens, dans l'autre sens le passage est libre. peut passer en revanche, pratiquement sans perte de pression, par le clapet antiretour. On obtient cela en montant un clapet anti-retour sur le régulateur de vitesse. De ce fait, via la limitation, il ne peut passer qu'une quantité limitée d'air dans le sens bloqué du clapet anti-retour. Figure 6. Dans le sens contraire de l'écoulement, l'air comprimé Figure 5. La régulation de vitesse des vérins La vitesse du vérin dépend de la charge du vérin (voir graphique ci-contre). La vitesse de sortie du vérin est donc modifiée par les forces Fp1, Fp2 et Fmec. Fp1 est la force qui est développée d'un certain côté du piston. Fp2 est la force qui est développée de l'autre côté du piston. Fmec est une combinaison des forces externes sur le piston avec les forces de frottement internes. Si ces trois forces restent constantes, alors la vitesse du vérin reste constante. Il y a en principe deux possibilités de limitation de vitesse : 1. limitation d'air à l'alimentation 2. limitation d'air à l'échappement Figure 7. Figure 8. 4

5 La limitation d air à l'alimentation Par cette manière de régler, le régulateur de vitesse est ainsi placé, pour que le clapet antiretour bloque l'alimentation de l'air comprimé vers le vérin (voir figure). Par conséquent, l'air comprimé peut s'échapper librement du vérin (échappement), pendant que l'arrivée d'air, également appelée alimentation d'air, est limitée. Figure 9. Par la limitation de l'alimentation d'air, il n'y a pas de Fp2 pendant la sortie de course étant donné que l'air comprimé peut s'échapper librement. Fp1 est dépendant de Fmec. Si Fmec est limité jusqu'au frottement mécanique, le vérin sort lorsque ce frottement mécanique est maîtrisé. Alors la pression p1 est relativement basse. Si Fmec a une valeur plus élevée, par des forces externes, alors la pression p1 va monter jusqu'à ce que le vérin se mette en mouvement. Lors d'une limitation, un rapport au carré se produit entre la différence de pression Δp (c'est la différence de pression avant et après le régulateur de vitesse) et le débit Q. près duquel "c" est dépendant du type de limiteur utilisé. La pression d'entrée - la pression avant le régulateur de vitesse - reste généralement constante. Lorsque la charge d'un vérin change, la pression de sortie - la pression après le régulateur de vitesse (=p1) changera également comme décrit en fig. 10. Figure10. Cette manière de régler occasionne de grandes variations de vitesse, lors de variations minimales des charges. C'est pourquoi la limitation d'air à l'alimentation est souvent utilisée : Lorsque la charge reste constante Lorsque la charge change peu Pour des vérins à simple effet 5

6 Limitation d air à l échappement Par cette manière de régler, le régulateur de vitesse est ainsi placé pour que le clapet antiretour bloque l'alimentation de l'air comprimé qui sort du vérin (voir figure). L'air comprimé qui afflue vers le vérin peut passer librement par le clapet anti-retour. Le libre passage de l'air comprimé vers le vérin se charge de maintenir une pression p1 constante, ce qui résulte évidemment en une force Fp1 constante. Cette force entraîne une course sortante. Figure 11. Pendant ce mouvement, l'échappement d'air est limité. Par conséquent, une montée de pression se produit qui occasionne une force Fp2. Fp2 est dépendant de Fmec. Si Fmec augmente, la pression diminuera en p2 jusqu'à ce que l'équilibre soit rétabli. Une augmentation de Fmec est ainsi compensée par une diminution de Fp2. Les changements de vitesse, qui sont la suite d'un changement de charges extérieures sur le vérin, sont donc aussi moins grands par la limitation d'air à l'échappement, que par la limitation d'air à l'alimentation. Conclusion Lorsqu'une vitesse uniforme est souhaitée, la régulation doit avoir lieu à l'échappement d'air. 6

7 Le placement des régulateurs Dans la pratique, la régulation de vitesse est possible à 5 endroits différents : Sur le tuyau d'alimentation du distributeur A l'échappement du distributeur Entre le vérin et le distributeur Sur le vérin Sur le distributeur Régulation sur le tuyau d alimentation du distributeur Les limiteurs de débit - régulateurs de vitesse sans clapet anti-retour - sont montés pour le réglage du débit. Le fonctionnement se fait dans les deux sens. Ceci s'applique essentiellement aux vérins à simple effet. Figure 12. Régulation à l'échappement du distributeur Les limitations à l'échappement d'air sont vissées aux orifices d'échappement 3 et/ou 5 du distributeur et rendent possible le réglage de la vitesse du piston en limitant l'échappement d'air. La limitation de l'échappement peut être réglée simplement au moyen d'une vis d'étranglement. L'écoulement d'air se fait via le silencieux intégré. Figure 13. 7

8 Régulation entre le vérin et son distributeur Exemple de réglage par vis d'étranglement. Le régulateur de vitesse GR est monté pour le réglage de débit. Tributaire du raccord, nous pouvons intervenir aussi bien sur l'échappement que sur l'admission. Le clapet anti-retour intégré bloque le débit de l'air dans un sens. Dans l'autre sens, l'air ne peut s'écouler que par la section nominale, qui a été réglée par la vis d'étranglement. Le sens d'étranglement est repéré à l'aide d'une flèche sur le corps. Exemple de réglage mécanique Les régulateurs de vitesse à commande mécanique sont appliqués là où la vitesse des vérins doit changer pendant la course. Sur des vérins à double effet, ce distributeur sert par exemple pour le ralentissement du piston dans les situations où l'énergie cinétique est trop élevée pour le coussin d'air installé du vérin. Figure 15. Le débit maximum de ce distributeur est réglé avec une vis à molette. Une limitation supplémentaire est obtenue par la pression sur le levier à galet. Ceci détermine l'écoulement et donc la vitesse. Dans cet exemple, nous obturons donc proportionnellement le passage du distributeur avant la fin de course au moyen d'une butée entraînée par le vérin. Lors de la (re)mise sous pression, le clapet anti-retour intégré assure le libre passage de l'air. Le régulateur de vitesse à commande mécanique : la voie de commande du levier à galet est proportionnelle au passage. Figure 16. Figure 14. 8

9 Régulation directement sur le vérin Dans ce cas, le montage d un régulateur de vitesse à visser serait astucieux. En principe, c est un raccord dans lequel la vis à molette est remplacée par un régulateur de vitesse complet, avec la fonction anti-retour incluse. En laissant libre le débit d alimentation et en limitant l échappement, on bloque le piston entre des coussins d air. Figure 19. Figure 17. Par ce placement, nous allons utiliser les régulateurs de vitesse qui règlent le débit de l air qui sort du vérin. Dans le sens inverse, l air s écoule par le clapet anti-retour et bénéficie de la totalité de la section de passage. Flèche = direction régulée Figure 18. Régulation sur le distributeur Par ce réglage de vitesse, les régulateurs de vitesse sont montés sur les orifices de sortie 2 et 4. L'air qui sort du distributeur et passe par le clapet anti-retour a donc le plein passage si nous faisons ici usage des régulateurs de vitesse. Le réglage du débit se fait dans le sens inverse du flux. En laissant libre le débit d'alimentation et en limitant l'échappement, on bloque le piston entre des coussins d'air. Figure 20. 9

10 Application sur les vérins à simple effet Le réglage de vitesse sur un vérin à simple effet est très difficile. La raison en est que nous devons maîtriser la tension du ressort avant que le vérin ne se mette en mouvement. De plus, la force du ressort est variable du min vers le max. Lors d'une régulation de la vitesse sur la course d'entrée, il faut même faire descendre la pression endessous de la force du ressort avant qu'il y ait un mouvement. Plus les charges sont variables, plus les variations de vitesse seront donc importantes. Course de sortie vérin à simple effet Régulateur de vitesse à l'alimentation du distributeur (GRO) 1. Régulateur de vitesse monté directement sur le vérin (GRLZ) 2. Régulateur de vitesse monté entre le vérin et le distributeur (GR) 3. Régulateur de vitesse monté à la sortie du distributeur (GRLA) Figure 22. Course d'entrée vérin à simple effet Régulateur de vitesse à l'échappement du distributeur (GRE / GRU) Figure Régulateur de vitesse monté directement sur le vérin (GRLA) 2. Régulateur de vitesse monté entre le vérin et le distributeur (GR) 3. Régulateur de vitesse monté à la sortie du distributeur (GRLZ) Figure 21. Figure

11 Application sur les vérins à double effet Course de sortie vérin à double effet Régulateur de vitesse à l'échappement du distributeur (GRE / GRU) 1. Régulateur de vitesse monté directement sur le vérin (GRLA) 2. Régulateur de vitesse monté entre le vérin et le distributeur (GR) 3. Régulateur de vitesse monté à la sortie du distributeur (GRLZ) Figure 26. Course d'entrée vérin à double effet Figure Régulateur de vitesse monté directement sur le vérin (GRLA) Régulateur de vitesse à l'échappement du distributeur (GRE / GRU) 2. Régulateur de vitesse monté entre le vérin et le distributeur (GR) Figure Régulateur de vitesse monté à la sortie du distributeur (GRLZ) Figure

12 Quel régulateur utiliser? Veuillez toujours tenir compte du fait que, lorsque l application le permet, un régulateur de vitesse doit être placé le plus près possible du vérin. C est pourquoi le volume d air à limiter doit rester le plus petit possible afin que des variations dans la charge du vérin occasionnent le moins de changements de vitesse possible. Ceci est une application sur la loi de Boyle - Mariotte. Ici nous pouvons conclure que, lorsque le vérin peut être abordé d une manière sûre et accessible, nous pouvons utiliser le régulateur de vitesse que nous montons directement sur le vérin. Si le limiteur pour des raisons pratiques ne peut être monté sur le vérin, une des autres possibilités de montage peut être appliquée. La régulation de vitesse sur l orifice d échappement du distributeur ne doit être appliquée que sur des distributeurs individuels (des distributeurs qui ne sont pas montés en batterie). Cette régulation de vitesse est la version la moins chère et la plus compacte, étant donné que le régulateur de vitesse et le silencieux forment un tout. Ce régulateur de vitesse est donc monté directement sur l orifice d échappement du vérin. En l utilisant sur des distributeurs 4/2 le problème suivant se pose : l échappement commun fait en sorte que la vitesse entrante et sortante du vérin ne soit pas réglée à part et soit parfois différente. Les régulations de vitesse, montées entre le vérin et le distributeur, nécessitent généralement des pièces de montage supplémentaires. Ces combinaisons sont moins compactes et donc plus difficiles à monter. En conclusion, le régulateur de vitesse peut être monté directement sur les sorties 2 et 4 de chaque distributeur. 12

13 L'échappement rapide Tableau 1. L'échappement rapide est utilisé dans l'accélération des mouvements de vérins. Il se charge en particulier de la réduction des temps de course de retour des vérins, donc exactement le contraire de la fonction d'un régulateur de vitesse. Figure 29. Alimentation vers le vérin ou sortie 2 A l'orifice 1, une alimentation d'air comprimé pousse le manchon sur la surface d'étanchéité du canal d'échappement 3. L'air comprimé presse ensuite le goujon d'étanchéité du manchon du mur et va vers l'orifice fermé du vérin 3. L'orifice 3 reste étanche aussi longtemps qu'il y a de la pression à l'orifice 1. Ecoulement à l'échappement 3 Si nous mettons le tuyau de l'orifice 1 à l'échappement, l'air 13 du vérin repousse le manchon immédiatement dans la position représentée. L'orifice 1 est donc obturé et l'orifice 3 ouvert. L'air du vérin peut maintenant s'écouler via 2 et 3 librement à l'extérieur. L'orifice d'échappement 3 a un passage avec un grand diamètre. L'influence modératrice du tuyau et du distributeur à commande sur l'échappement est ainsi évitée. Par conséquent, la vitesse du piston peut doubler, voire tripler quant à la vitesse " normale " à l'échappement.

14 Il est conseillé de monter directement la soupape d'échappement rapide à l'orifice du vérin. Figure

15 Applications Application 1 Dans une unité de test pour des appareils de téléphonie mobile, des régulateurs de vitesse miniatures veillent à ce que la vitesse des vérins test puisse être réglée de l'armoire de commande. Application 3 Si cela ne crée pas de problèmes pratiques, nous réglons les vitesses des vérins directement aux échappements des vérins comme c'est le cas dans ces unités de manipulation pneumatiques. Par conséquent, nous avons des unités de commande très compactes. Nous en voyons ci-dessous un exemple de technique intégrée où l'unité de filtre, les distributeurs, le manostat, le manomètre et les régulateurs de vitesse sont montés sur une plaque de base. Les raccordements réciproques de tous ces éléments se situent dans la plaque d'embase noire, visible sur la photo. Régulateurs de vitesse Application 2 L'application idéale pour un réglage optimal des vitesses de vérins est celle où les régulateurs de vitesse sont montés sur le vérin et où la distance distributeur de puissance - régulateur de vitesse est maintenue la plus courte possible. La technique d'intégration est parfois appliquée lors de production de machines en série. Ici le raccordement pneumatique complet est fraisé sur une plaque d'embase sur laquelle sont montés les composants pneumatiques. 4 régulateurs de vitesse montés directement sur le côté du distributeur 15