Choix d'un vérin. Critères de choix : Calculs des efforts de poussée et de rentrée du vérin :

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1 Nom.. Prénom.. Pneumatique Thème Technologie schéma 1 TECHNOLOGIE PNEUMATIQUE Du latin pneuma : souffle - esprit La pneumatique est la technologie de contrôle des gaz sous pression pour générer des forces et des mouvements. Les composants et les systèmes pneumatiques offrent une mise à disposition d une énergie mécanique alternative à l électricité dans le domaine de l'automobile, de l'automatisation, de la manipulation mécanique et de l'agroalimentaire. Alors que le moteur électrique offre uniquement un mouvement de rotation, le pneumatique peut assurer également des mouvements de translation. La technologie pneumatique offre également l avantage d une énergie sans risque d arc électrique pour des utilisations dans des zones explosives. Pour un électrotechnicien, la technologie pneumatique englobe tous les composants qui constituent un système dont l énergie principale est l air comprimé. 2 LES VÉRINS Le vérin est un actionneur. Sous l effet de l air comprimé injecté, il sort ou rentre la tige selon la pression appliquée et le diamètre du piston. Le vérin simple effet : la tige sort lorsqu on injecte de l air comprimé dans la chambre du piston. La tige rentre lorsqu il n y a plus de pression, sous l action du ressort (échappement) Chambre Sortie + Rentrée - Air comprimé Échappement Le vérin double effet : la tige sort lorsqu on injecte de l air comprimé dans la chambre du piston (échappement en tête du vérin), et reste sorti. La tige rentre lorsqu on injecte de l air comprimé dans la tête du piston (échappement dans la chambre) et reste rentré. Il n y a pas de ressort. sortie + rentrée - Chambre Air comprimé Échappement Échappement Air comprimé Voir le fonctionnement : vérin double effet vérin simple effet pneumatique prof.doc 1

2 Choix d'un vérin Critères de choix : Il faut d'abord connaître l'effort de déplacement de la charge et son sens pour définir les deux caractéristiques dimensionnelles du vérin, son diamètre et sa course. Il sera ensuite nécessaire de déterminer la vitesse de la tige afin de déterminer l'énergie cinétique et l'amortissement de l'ensemble mobile (Piston + tige + charge). Calculs des efforts de poussée et de rentrée du vérin : Exemple : Un vérin avec un piston de diamètre D = 10 cm (la tige a un diamètre de d = 2,5 cm) sous une pression "p" de 6 bars. (1 bar = 10N/cm²) Effort du vérin poussant une charge : (R = D/2). Force = pression x section du vérin F = p x π x R² F = 6 x 10 x π x 5² F = 4710 N Effort du vérin double effet tirant une charge : (r = d/2) Dans ce cas il faut faire attention, la pression ne s'exerce plus sur la totalité du diamètre du piston mais sur une surface égale à la section du piston moins la section de la tige. F = pression x (section du vérin section tige) F = p x π x (R² - r²) F = F = Section de la tige Section du piston Un vérin exerce plus de force pour pousser que pour tirer! pneumatique prof.doc 2

3 Etanchéité d un vérin Pour contenir l air sous pression dans le vérin, on place un joint torique entre le piston et le cylindre. C est un joint de forme ronde, à section transversale circulaire. Il est réalisé en élastomère : néoprène, éthylène, silicone, etc. Notion de rendement ou taux de charge : Pour pouvoir réaliser l'étanchéité et le guidage d'un vérin, il est nécessaire d'utiliser des joints et des bagues de guidage. Ces éléments, s'ils remplissent correctement leur fonction, vont générer des frottements. Ces frottements vont nuire au bon fonctionnement du vérin. Pour en tenir compte dans la détermination des efforts exercés par un vérin, il est nécessaire de prendre en considération le taux de charge du vérin. Le calcul des efforts exercés par le vérin en tenant compte du taux de charge (h) : Efforts exercés = h x pression x section du vérin 3 L AIR COMPRIMÉ Pour obtenir de l air comprimé, environ 6 Bars (1 Bar = 10 Newton/cm²) on utilise un compresseur, constitué d un moteur électrique ou un moteur thermique qui entraîne un ensemble piston cylindre. Voir compresseur L air comprimé est stocké dans une cuve étanche avec 1 manomètre de contrôle (pressostat). Les liaisons se font par des tuyaux PVC souples ou rigides d un diamètre adapté aux pressions mises en jeu. pneumatique prof.doc 3

4 4 LES DISTRIBUTEURS L'énergie pneumatique destinée aux actionneurs pneumatiques doit être distribuée en pression et en débit de façon constante par des composants adaptés. Ils sont situés entre la source d'énergie et les organes moteurs. Les distributeurs sont des pré-actionneurs ou des interfaces de sortie. Il s agit de vannes qui vont ouvrir ou fermer une arrivée d air (par un jeu de tiroirs) pour injecter l air soit dans la chambre (sortie du vérin), soit à la tête (rentrée du vérin). La commande peut être manuelle, pneumatique ou électrique (électrovanne). Un distributeur est symbolisé par : Des cases qui indiquent le nombre de positions (2 ou 3) Des flèches et des Tés qui indiquent le nombre d orifices (2, 3, 4 ou 5) Des organes de commandes (pneumatique, manuel ou électrique, ressort) Les distributeurs sont définis par deux caractéristiques fonctionnelles: - le nombre d'orifices principaux nécessaires au fonctionnement des différents types d'actionneurs. - le nombre de positions, généralement 2, définissant l'une l'état repos l'autre l'état travail. Il est possible d'avoir 3 positions, il y aura alors deux positions travail et une position repos. Distributeurs monostables Un distributeur est dit monostable lorsque l une de ses positions n est pas maintenue. Un ressort le ramène à sa position stable. Exemple vérin simple effet + distributeur 3/2 monostable Distributeur 5 orifices 2 positions monostable piloté par un pilote électrique. Le rappel se fait par ressort. La position stable est la position repos (ressort détendu). Distributeur 5 orifices 3 positions monostable piloté par deux pilotes électriques. Le rappel en position stable se fait par ressort. La position stable est la position centrale (ressorts détendus). Distributeurs bistables : Distributeur 5 orifices 2 positions bistable piloté par deux pilotes électriques. Il n'y a pas de ressort et il y a deux positions stables. Exemple vérin simple effet + distributeur 3/2 bistable Exemple vérin double effet + distributeur 4/2 bistable pneumatique prof.doc 4

5 Compléter ces distributeurs comme l exemple Distributeur 2/2 distributeur 3/2 distributeur 4/2 distributeur 5/2 2 orifices 2 positions3 orifices/2 positions) (4 orifices/2 positions) (5 orifices/2 positions) 1 bobine + ressort 1 bobine + ressort 2 bobines (bistable) 2 bobines (bistable) Monostable monostable 5 LES CAPTEURS Bien entendu, il faut pouvoir capter la position de la tige du vérin pour valider ou arrêter un mouvement. Ces capteurs peuvent être entièrement pneumatiques, le contact est alors branché à un tuyau qui alimente directement le vérin, une électrovanne ou le distributeur. Ces capteurs peuvent être également électriques pour commander une électrovanne ou un distributeur via un automatisme. Ils sont du même type que les capteurs ou interrupteurs utilisés en automatismes industriels. pneumatique prof.doc 5

6 Certains capteurs se positionnent sur le corps du vérin pour détecter la position du piston grâce à un ILS. Un I.L.S. (Interrupteur à lame souple) est constitué d'un boîtier à l'intérieur duquel est placé un contact électrique métallique souple sensible aux champs magnétiques. Voir animations ILS1 ILS2 Lorsque le champ est proche de la face sensible du capteur le contact se ferme. Les différentes utilisations d un vérin EXEMPLE DE MONTAGE à VERIN : pneumatique prof.doc 6

7 6 ORGANES DIVERS : Filtre à air pour purifier le circuit Lubrificateur pour envoyer un film d huile sur les parties mobiles Clapet anti retour régleur de vitesse régulateur de pression etc. Des accessoires de fixation (brides, pattes, colliers ) Bien entendu des tuyaux dont le diamètre va dépendre des puissances et des débits mis en jeu dans les pistons. Générateur de vide ou "Venturi" pour «saisir» une pièce. Basé sur le principe de l'effet venturi ces appareils permettent d'obtenir un vide d aspiration puissant à partir d'une source d'air comprimé à 5 / 6 bars. On peut utiliser un silencieux avec un venturi. IDENTIFIER CHACUN DES ELEMENTS pneumatique prof.doc 7

8 EXERCICE Soit 2 vérins : - 1 vérin V1 double effet qui pousse un objet vers la droite, commandé par l électrovanne V1+ du distributeur via BP V1+ et qui le ramène vers la gauche par l électrovanne V1- du distributeur via BP V vérin V2 simple effet qui bride l objet en position droite pour le «marquer», commandé par l électrovanne du distributeur V2+ via un BP V2+ Circuit air comprimé : Circuit électrique : T1 230 V~ 24 V~ Vérin 1 Vérin Q ARU V M/A V1- V2+ 1 EV1 2 pneumatique prof.doc 8