T er S-SI LE PNEUMATIQUE COURS Objectif : - Connaître les accessoires d une installation pneumatique - Savoir raccorder les accessoires entre eux 1/ INTRODUCTION Le domaine couvert est vaste, tous les secteurs d activité sont concernés : automobile, aéronautique, industries pétrolière, chimique et pharmaceutique, industrie mécanique, machines-outils, manutention, manèges forains ; médecine, équipements de dentisterie, Ligne de conditionnement Bras manipulateur Hydraulique et pneumatique ont des champs d application qui diffèrent par les propriétés du fluide sous pression qu elles utilisent : un liquide pratiquement incompressible pour l hydraulique, un gaz très compressible pour le pneumatique. C est pourquoi ces deux techniques font l objet d études séparées. L emploi de l énergie pneumatique permet de réaliser des automatismes avec des composants simples et robustes, notamment dans les milieux hostiles : hautes températures, milieux déflagrants, milieux humides 2/ L ENERGIE L'énergie pneumatique ou hydraulique est caractérisée par 2 grandeurs : le DEBIT et la PRESSION 2.1 LE DEBIT (Rappel) Noté Q, il caractérise la quantité de fluide qui se déplace. Le débit est une "grandeur de flux". 2.2 LA PRESSION Notée p, elle caractérise la capacité du fluide à se déplacer. La pression représente l'effort du fluide (exprimé en N) par unité de surface (en m 2 ) : 1Pa=1N/m 2. Cette unité très petite est souvent remplacée par le MPa. Unité SI : m 3 /s Unité usuelle : litre par minute (L/min) (1 L/min 1,7.10-5 m 3 /s) Unité SI : le Pascal (Pa) Unité usuelle : bar (1bar 10 5 Pa) Pneumatique Page 1/8
2.3 ORDRES DE GRANDEUR La chaîne d'information utilise généralement de l'énergie électrique. Dans certains cas typiques (atmosphère explosive), la chaine d'information peut utiliser une énergie de même nature que la chaîne d'énergie. L'unité centrale est alors constituée d'une logique câblée pneumatique ou hydraulique. La différence essentielle entre les deux chaines (information et énergie) est le niveau des pressions mises en jeu (voir le tableau suivant). PNEUM ATIQUE HYDRAULIQUE Chaîne d énergie 6 bars 250 bars Chaîne d information 3 bars 10 bars Rendement 0,3 à 0,7 0,7 à 0,9 2.4 CHOIX ENTRE ENERGIE PNEUMATIQUE ET HYDRAULIQUE Avantage Inconvénient PNEUMATIQUE - maintenance facile - commande simple - démarrage en charge - réglage simple - vitesse importante - position imprécise (air compressible) - efforts limités HYDRAULIQUE - rapport poids/puissance - charge importante - précision position - démarrage en charge - réglage simple - maintenance délicate - cher - dangereux (pression élevée) - vitesses lentes 3/ CONDITIONNEMENT DE L AIR COMPRIME 3.1 L UNITE DE CONDITIONNEMENT L'unité de conditionnement est placée sur l'arrivée d'air comprimé alimentant le système. Elle traite l'air fourni par le réseau pour le filtrer, le lubrifier et permettre un réglage de la pression d'utilisation. Vanne d'isolement Unité de conditionnement Manomètre Filtre 1 2 vers la PO vers la PO 1 2 3 Lubrificateur Régulateur de pression Symbole simplifié Vanne d'isolement Unité de conditionnement Pneumatique Page 2/8
La vanne d'isolement est un distributeur à commande manuelle "pousser-tirer" qui permet la mise sous pression et la coupure du circuit. le filtre retient les impuretés solides et liquides, présentes dans l'air du réseau. le régulateur de pression compense automatiquement les variations de pression qui se produiraient à la sortie. Il a un bouton de réglage pour ajuster la pression désirée. le manomètre, appareil de mesure et d'indication de la pression (en bars, ou en Mpa). le lubrificateur assure un meilleur fonctionnement des parties mobiles (vérins en particulier) en ajoutant des microgouttelettes d'huile dans l'air sous pression. 3.2 SCHEMA DE RACCORDEMENT PNEUMATIQUE DISTRIBUTEUR Sectionneur 3/2 monostable à commande électrique 3.2.1 LE SECTIONNEUR 3/2 C est un élément de sécurité qui est monté sur l'arrivée de pression. Le sectionneur distribue la pression sur toute la PO lorsqu'il est piloté. En cas d'arrêt d'urgence, ou de coupure d énergie sur le circuit de commande, tous les vérins sont purgés. C est une vanne de type 3/2, qui peut être manœuvrée manuellement ou électriquement 3.2.2 LE DEMARREUR PROGRESSIF 3/2 Monté en série avec le sectionneur, le démarreur progressif assure une mise en pression progressive d une installation après un arrêt ayant entraîné la purge des canalisations. En effet, lorsque les canalisations sont toutes à la pression atmosphérique, la mise en pression avec un débit trop important provoque une élévation de pression brutale et donc des coups de bélier dans les tuyauteries. Le débit deviendra maximum lorsque la pression dans l installation aura dépassé un seuil réglé sur l appareil. Pneumatique Page 3/8
3.2.3 LE BLOQUEUR 3/2 Montés directement sur les raccords des vérins, les bloqueurs interrompent brutalement la circulation d air en cas de disparition du signal (provenant par exemple de l arrêt d urgence) ou en cas de coupure d énergie. Ils permettent ainsi de bloquer la tige d un vérin pour que la charge ne retombe pas, ou pour obtenir un arrêt précis à micourse les 2 chambres du vérin sont fermées 2 bloqueurs vérin bloqué et donc immobilisé mcourse. Bloqueur 2/2 monostable à commande pneumatique 3.2.4 LE SILENCIEUX D ECHAPPEMENT Commande des bloqueurs L évacuation de l air comprimé lors de la mise à l échappement est très bruyante. Les normes imposent de réduire le niveau sonore des installations industrielles. On place alors un silencieux sur chaque orifice d échappement des distributeurs, des générateurs de vide Le silencieux est constitué d une cartouche en matière poreuse ou d un bloc de minuscules billes agrégées entreelles : l air va être freiné et dispersé dans toutes les directions. A la sortie du silencieux, la vitesse de l air étant moins importante, le niveau sonore est abaissé. Vers PO Silencieu x 3.2.5 LE REGLEUR DE DEBIT UNIDIRECTIONNEL (RDU) Un RDU est constitué de l association d un clapet anti-retour et d une restriction réglable limiteur de débit La pression plaque la bille sur son siège et l air ne peut poursuivre son chemin qu en passant par la restriction. Dans ce sens le débit est réduit. La pression pousse la bille qui s écarte de son siège et l air peut poursuivre son chemin par la canalisation la plus large. Dans ce sens le débit est maximum. Pneumatique Page 4/8
Montés directement sur les raccords de vérins ou sur les bloqueurs, les régleurs de débit unidirectionnels assurent un déplacement ralenti de la tige en diminuant le débit de l'air s'échappant du vérin. Sortie ralentie Ralenti dans les deux sens RDU agissant sur la sortie du vérin 2 régleurs RDU pilotages du vérin pilotages du vérin Régleur de débit R.D.U. Remarque : les régulateurs d'échappement Les régulateurs d'échappement ont pour rôle de régler la vitesse des vérins. Ils s'implantent sur chacun des orifices d échappement des distributeurs. Ils sont composés d'un orifice de passage d'air qui peut être obstrué par une vis de réglage pour réguler l échappement. 4/ LES ACTIONNEURS DANS LA CHAINE D ACTION L actionneur reçoit l'énergie du pré-actionneur sur ordre de la partie commande. Le pré-actionneur doit être adapté à l'actionneur, il doit être capable de lui distribuer l'énergie nécessaire. 4.1 LES VERINS 4.1.1 CONSTITUTION Pneumatique Page 5/8
4.1.2 ENERGIE DE SORTIE L actionneur pneumatique typique est le vérin. L énergie de sortie des vérins est une énergie mécanique sous la forme d un mouvement et d une force. Ses principales caractéristiques sont sa course (déplacement maximum du piston), son diamètre de piston et son effort de poussée réel. réglages Energie pneumatique CONVERTIR L ENERGIE Energie mécanique Vérin p neumatique 4.1.3 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT Un vérin est constitué d'un cylindre et d'un piston. Le piston coulisse dans le cylindre et forme une cloison étanche. Quand le fluide sous pression arrive dans la chambre formée par le cylindre et le piston, l'action de la pression s'exerce sur toutes les faces de la chambre. Cette pression est plus forte que celle de la pression atmosphérique donc le piston se déplace jusqu'à ce que sa tige subisse une force suffisante pour arrêter le mouvement. 4.1.3 LES DIFFERENTS TYPES Il existe des vérins pneumatiques fonctionnant avec de l air comprimé (jusqu à 10 bars environs) et des vérins hydrauliques fonctionnant avec de l huile sous pression (de l ordre de 300 bars). a) LES VERINS DOUBLE EFFET Définition : Un vérin est dit double effet quand le fluide sous pression permet de sortir et de rentrer la tige. On l utilise quand on a besoin d'un effort important dans les deux sens de déplacement. Un vérin double effet est donc relié par 2 tuyaux au préactionneur. Pneumatique Page 6/8
b) LES VERINS SIMPLE EFFET Définition : Un vérin est dit simple effet quand l'un des mouvements est obtenu grâce au fluide sous pression, tandis que l'autre est obtenu grâce à l'effet d'un ressort de rappel. Un vérin simple effet ne produit donc un effort important que dans un seul sens de déplacement 4.2 LES DISTRIBUTEURS Leur fonction est de distribuer l énergie de puissance (ici air comprimé) aux actionneurs (vérins, ventouses, ) à la réception d'un signal de commande. a) Schématisation La représentation renseigne sur: - le nombre de positions de distribution (représentée par un carré). - les orifices d'alimentation, d'utilisation et d'échappement; chacun représenté par un trait. - les voies de circulation du fluide entre les orifices; chacune représentée par une flèche. - le type de commande pour chaque position. Autres schématisations: Les orifices sont repérés selon une codification normalisée : 1: alimentation en pression 2 et 4: orifices d'utilisation 3 et 5 : orifices d'échappement 3 orifices 2 positions Commandes Distributeur 3 / 2 4.2.1 LES COMMANDES Celles-ci ont pour fonction de commuter les circuits internes des distributeurs provoquant le passage d'une position à l'autre. Elles peuvent être électriques, pneumatiques ou mécaniques. Pneumatique Page 7/8
4.2.2 LES TYPES DE DISTRIBUTEURS 4.2.3 TYPOLOGIE DES DIFFERENTS DISTRIBUTEURS Pneumatique Page 8/8