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Circuits de puissance pneumatiques - 1

AUTOMATIQUE BTS MI CIRCUITS DE PUISSANCE PNEUMATIQUES

1 – STRUCTURE D’UNE INSTALLATION PNEUMATIQUE : Toute installation pneumatique assurant une production et une distribution d’air comprend : Un compresseur étant un appareil bruyant, il sera souvent placé dans un local propre et insonorisé. Il est impératif de prévoir, sur les canalisations, une légère pente et de placer à chaque point bas un réservoir avec purgeur afin de recueillir toute la condensation se trouvant dans les tuyaux.

Le dessin ci-dessous illustre de manière schématique la structure générale d’une ligne d’alimentation pneumatique.



2 – LE TRAITEMENT DE L’AIR : 21 – Structure d’un groupe de conditionnement :

Pour le traitement de l’air, le matériel utilisé est une unité de conditionnement d’air comprimé appelée FRL (Filtre – Régulateur – Lubrificateur).

Cet ensemble est constitué de 2 ou 3 appareils montés en série dans un ordre déterminé. Il se compose de la façon suivante : 1-

2-

3-

Le groupe de conditionnement se monte à l’entrée de l’installation pneumatique du système. Il faut également prévoir une vanne d’isolement pour les opérations de maintenance. Représentation symbolique détaillée et simplifiée avec 1 – Filtre, 2 – Régulateur de pression, 3 – Lubrificateur

31

2

Représentation détaillée

Représentationsimplifiée



22 – Filtre avec séparateur d’eau : Le rôle du filtre est de soustraire du système tous ces éléments nuisibles au bon fonctionnement. L’air en provenance du compresseur pénètre dans le filtre au travers du déflecteur à ailettes qui lui imprime un mouvement tourbillonnaire. Les particules solides et liquides sont projetées, par, centrifugation, contre la paroi de la cuve et tombent dans le fond. Un séparateur assure une zone de calme. L’air traverse ensuite l’élément filtrant pour y achever sa filtration. Les impuretés et l’eau peuvent être évacuées manuellement ou à l’aide d’un système de purge automatique. Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant : lorsque le niveau de l’eau atteint une hauteur déterminée, le flotteur soulève et ouvre une valve. L’air est alors admis au-dessus du piston situé dans le mécanisme, provoquant ainsi l’ouverture de la valve de purge. Symbole :

23 – Le régulateur de pression : Le rôle de cet appareil est de maintenir l’air comprimé à une pression constante, quelles que soient les fluctuations en air du réseau. Il doit réguler la pression en fonction de la demande sur le réseau. Il est souvent associé à un manomètre qui permet de contrôler la pression. Le régulateur comprend 3 parties : Le corps supérieur avec le bouton de réglage, ainsi qu’un

dispositif de verrouillage, permettant d’appliquer une pression sur le diaphragme par l’intermédiaire du ressort. L’ensemble diaphragme/cuvette commandant l’ouverture de

la valve. Le corps inférieur assurant la distribution de l’air vers

l’utilisation au moyen de la valve. L’air passe dans le régulateur en passant par le chemin indiqué par les flèches. Le réglage (D) permet de comprimer le ressort C qui pousse le diaphragme. Ce dernier enfonce la tige poussoir qui commande l’ouverture de la valve. Si le système est au repos, le circuit secondaire s’emplit d’air à une pression qui équilibre l’action du ressort. La valve se ferme. Si le système réclame de l’air, la valve du régulateur reste ouverte et admet de l’air pour équilibre l’action du ressort et assurer une pression d’utilisation constante. Un dispositif anti-surpression libère automatiquement à l’atmosphère toute surpression en provenance du circuit secondaire jusqu’à rétablissement de la pression préréglée.

Symbole :



24 – Le lubrificateur : L’air arrive par l’orifice (A), passe au travers et autour du venturi (B) puis du déflecteur à section variable (D). La différence de pression entre la cuve et le dôme (E) permet la remontée de l’huile par le tube (F) en passant par la valve anti-retour (G). Le contrôle du débit est assuré par la vis (J). L’huile arrive au compte-gouttes et tombe dans le venturi. Le mélange air/huile est ensuite dirigé vers les composants du système. Symbole :

Un actionneur pneumatique convertit une énergie d’entrée pneumatique en une énergie utilisatrice mécanique. On distingue : Les actionneurs pneumatiques linéaires ou vérins Les actionneurs pneumatiques rotatifs ou moteurs pneumatiques et les vérins rotatifs

31 – Les vérins linéaires simple effet :Symbole d’un vérin simple effet en poussant :

Symbole d’un vérin simple effet en tirant :

Avantages : Ce sont des vérins économiques et la consommation de fluide est réduite. Inconvénients : à course égale, ils sont plus longs que les vérins double effet. La vitesse de la tige est difficile à régler et les courses proposées sont limitées (jusqu’à 100 mm)..

33 – Vérins linéaires double effet : Avantages : plus grande souplesse d’utilisation ; réglage plus facile de la vitesse par contrôle du débit à

l’échappement ; amortissements de fin de course réglables ou non, possibles dans 1 ou les 2 sens. Ils offrent de nombreuses réalisations et options. Ce sont les vérins les plus utilisés industriellement. Inconvénients : ils sont plus coûteux.



L’amortissement en fin de course : il sert à limiter les à-coups et les chocs lorsque les tiges de vérins arrivent en fin de course. Il est indispensable aux vitesses ou cadences élevées et sous fortes charges. Si des blocs en élastomère suffisent lorsque l’énergie à amortir est modérée, les dispositifs avec tampons amortisseurs sont recommandés aux plus hautes énergies. Dès que le tampon entre dans l’alésage, le fluide à l’échappement est obligé de passer par l’orifice B plus petit, au lieu de A. La réduction du débit provoque une surpression créant l’amortissement.

Exemple de réalisation technologique d’un vérin double effet amorti :

Symboles : Vérin double effet non amorti

Vérin double effet avec amortissement avant et

arrière réglable

Vérin à 2 tiges traversantes avec amortissement réglable

34 – Vérins spéciaux : 341 : Vérin à tige télescopique : Simple effet, il permet des courses importantes tout en conservant une longueur repliée raisonnable. 342 : Vérin à 2 tiges traversantes : Ce vérin double effet à 2 tiges traversantes et double amortissement permet de développer un mouvement linéaire à droite et à gauche. Dans certains systèmes, la 2ème tige peut servir à effectuer la détection.



343 – Les vérins anti-rotation : Les vérins linéaires par leur conception permettent une rotation de la tige. Ce mouvement, dans certains cas, peut se révéler nuisible au fonctionnement. Il convient donc d’éliminer cette rotation. Il existe plusieurs solutions. Le vérin à 2 tiges :

L’unité de guidage :

344 – Le vérin rotatif : Il existe différents modèles : avec ou sans amortissement, avec ou sans détection de position sans contact mécanique. Trois angles de rotation existent : 90°, 180°, 360°.

L’air arrive dans le corps du vérin à droite ou à gauche, provoquant ainsi le déplacement des pistons et de l’axe de crémaillère. Cette crémaillère entraîne un pignon muni d’un axe de rotation.

345 – Les vérins sans tige : Ce type d’actionneur, différent des vérins classiques, est de plus en plus utilisé dans les systèmes automatisés. Il présente des avantages importants, notamment dans la manutention de pièces relativement légères, sur des distances importantes, en éliminant le risque de flambage des tiges de vérins classiques.



346 – autres modèles : Vérin rotatif

Vérin oscillant

Vérin anti-rotation

Vérin sans tige

347 – Le multiplicateur de pression : La vitesse de déplacement des tiges de vérin dépend de la nature du travail à effectuer. Les vérins pneumatiques se caractérisent par une vitesse de déplacement de l’ensemble piston/tige élevée. Par contre, les transmissions hydrauliques développent une puissance beaucoup plus importante et plus facile à réguler. Parfois, dans des applications particulières, il est nécessaire de pouvoir combiner les avantages de ces 2 systèmes. Le multiplicateur de pression est l’appareil qui permet de réaliser ces fonctions. Le principe de fonctionnement réside dans l’association air/huile : on parle alors de circuits oléopneumatiques. A partir d’une pression d’air p (en X), on obtient un débit d’huile à une pression plus élevée P (en Y). P est 10 à 20 fois plus grande qu’en p. Il est donc ainsi possible d’alimenter des vérins hydrauliques présentant des vitesses tige plus précises. 35 – Les moteurs pneumatiques : Les moteurs pneumatiques sont des appareils très utilisés dans les ateliers de production industrielle. Ils trouvent leur utilisation dans des milieux très variés comme les secteurs alimentaires ou pharmaceutiques, le montage automatisé de certains ensembles mécaniques dans l’industrie automobile, l’outillage à main (perceuses, visseuses pneumatiques, etc.). Le moteur, raccordé au réseau d’air comprimé, est constitué principalement par un carter muni de 2 flasques. Un rotor équipé de palettes est monté excentré. Son guidage est assuré par des roulements à billes montés dans les flasques avants et arrières. L’air comprimé pénètre dans le moteur par l’orifice P et arrive dans le cylindre ou se trouve le rotor 7. Sous l’effet de la pression de l’air comprimé sur les palettes, le rotor tourne. Par l’intermédiaire de la force centrifuge, les palettes, quand le moteur fonctionne, sont appliquées contre la paroi du cylindre.

Ce type d’actionneur possède de nombreux avantages : il est léger et compact, sa force motrice est régulière et sans vibrations. Il supporte la marche continue (très utile dans les systèmes automatisés). Il peut travailler dans des lieux



chauds, humides ou corrosifs. Son emploi en milieux explosif offre une sécurité maximum. Le moteur ne s’échauffe pas en marche continue. Le risque de fuite demeure négligeable. Exemples de schémas de câblage :

4 – LA TECHNIQUE DU VIDE : La technique de préhension par le vide se généralise de plus en plus dans le domaine de la manutention de pièces. Basée sur le phénomène d’aspiration, elle met en œuvre 2 techniques : création d’une dépression par pompe à vide ou utilisation d’éjecteur pneumatique appelé fréquemment Venturi (effet venturi). Pour des raisons de facilité de mise en œuvre, la technique basée sur le principe de l’effet venturi est la plus couramment utilisée. Elle se compose d’un éjecteur pneumatique associé à une ou plusieurs ventouses. Fonctionnement de l’éjecteur : un étranglement prévu à l’intérieur de l’éjecteur provoque une accélération du flux d’air depuis l’entrée vers la sortie de l’éjecteur. Ceci entraîne l’air ambiant issu de la ventouse et provoque ainsi une dépression. Générateur de vide : basé sur l’effet venturi, il permet d’obtenir à partir d’une source d’air

comprimé à 5 bars un vide correspondant à 87% de la pression atmosphérique. Ventouse : élément de préhension souple destiné à être utilisé avec un générateur de vide. De

matières, de formes et de diamètres différents, elle permet de répondre pratiquement à tous les cas d’applications de manutention.

Vacuostat : capteur qui permet de s’assurer qu’un vide est bien obtenu. Domaines d’application : industries agroalimentaires, du verre, du bois, prises de pièces en sortie de presse à injecter, imprimerie pour le brochage et le retournement de feuilles, conditionnements de produits, etc. Exemple de schématisation avec un vacuostat :

1

2

3



5– PREACTIONNEURS PNEUMATIQUES ET ELECTRO-PNEUMATIQUES :

51 – Représentation symbolique : Un distributeur se désigne par : Le nombre d’orifices dont il dispose : 2 – 3 – 4 – 5 Le nombre de positions qu’il peut occuper : 2 ou 3 Sa stabilité : monostable ou bistable La nature du pilotage : pneumatique, électro-pneumatique, manuel, etc.

Ex : Distributeur 4/2 : 4 orifices et 2 positions Distributeur 5/3 : 5 orifices et 3 positions

UN SCHEMA PNEUMATIQUE SE REPRESENTE TOUJOURS A L’ETAT REPOS.

Les positions se représentent à l’aide de 2 ou 3 cases : Les orifices sont représentés comme ci-dessous : 2 positions 3 positions

12 123

1

2

1

2

1

2

3 1

2

3 1

2

3

4

1

2

5

4

3

4 2

13 1

2

5

4

3

1

2

5

4

3 1

2

5

4

3

2/2 NO 2/2 NF 3/2 NO 3/2 NF 4/2

5/2 4/3 5/3 centre fermé

5/3 centre ouvert 5/3 centre ouvert à l'échappement

Les pilotages sont de différents types et représentés comme suit :

Bouton poussoirà accrochage

Bouton poussoir

Levier

Levier àaccrochage

Pédale

Electrique

Pneumatique

Electro -pneumatique

Galet

Plongeur

Dépression

Manuelle

Rappel par ressort Exemple : Distributeur 5/2 monostable à commande électro-pneumatique 52 – Stabilité des distributeurs :

1

2

5

4

3

14

Distributeur normalement fermé NF : Distributeur normalement ouvert NO :

Distributeur monostable : Distributeur bistable :

Distributeur multistable :



Centre fermé pour 4/3 et 5/3 : Centre ouvert pour 4/3 et 5/3 :

73 – Coupe d’un distributeur : La vue éclatée ci-contre représente les différentes parties d’un distributeur pneumatique. Il se compose de 3 parties distinctes qui se présentent sous la forme suivante : Une plaque embase recevant les

raccords Le corps du distributeur avec à

l’intérieur le tiroir La partie commande qui peut être

une électrovanne (pour pilotage électrique : le préactionneur est dit électro-pneumatique) ou une simple plaque. Dans ce dernier cas, le préactionneur est dit « tout pneumatique » à commande pneumatique.

54 – Les électrovannes : De plus en plus, la commande ou le pilotage des distributeurs se fait à partir d’un signal électrique. Le rôle de l’électrovanne est de transformer le signal électrique en provenance de la PC en un signal pneumatique destiné à provoquer l’inversion du distributeur. Le signal de sortie S apparaît lorsque le signal de pilotage électrique alimente la bobine. Le noyau 1 se déplace sous l’effet du champ magnétique ainsi créé.

– La modulation de l’energie : Pour permettre le réglage de la vitesse du vérin dans chacun des sens de déplacement en phase d’exploitation, pour le bloquer en position ou le libérer en cas de dysfonctionnement, on dispose sur le circuit de puissance des auxiliaires de modulation de l’énergie tels que les régleurs de vitesse, les bloqueurs, les sectionneurs purgeurs, etc.



6- Le réducteur de débit unidirectionnel (RDU) : Ce dispositif s’implante entre le distributeur et le vérin et au plus près de celui-ci. Les vitesses de rentrée et de sortie de tige se règlent séparément en plaçant un réducteur de débit sur chaque canalisation. Ce procédé de réglage de vitesse offre une certaine liberté au niveau de l’implantation. Il permet de placer le réducteur de débit en un endroit accessible, si le mécanisme oblige à des réglages fréquents. Il autorise aussi bien des distributeurs 5/2 comme 4/2. Ce composant est constitué d’un clapet anti-retour et d’un réducteur de débit réunis dans un même corps. Cette association permet d’avoir le réglage du débit dans un sens et de laisser le passage libre dans l’autre sens.

Symbole :

7 – Les bloqueurs : Dans les systèmes automatisés, il arrive, pour des raisons propres au fonctionnement, que le vérin doive être arrêté dans sa course : ex : 3 positions différentes sur une même course ou arrêt d’urgence. 71 – Principe :

72 – Techniques de blocage des vérins : Bloqueurs 2/2 :



8 – Démarreur progressif : Ils permettent le remise en route progressive et sans à-coups d’un circuit après purge (ces démarreurs viennent donc en complément des sectionneurs). Le débit dans le circuit reste réduit tant que la pression n’a pas retrouvé un niveau suffisant.

9– ACCESSOIRES : 91 – Clapet anti-retour : Il n’autorise le déplacement du fluide que dans un seul sens. Plusieurs technologies sont possibles. Les versions pilotées autorisent une circulation en sens inverse en cas d’activation.

92 – Régulateur de pression : Il limite et régule la pression dans un circuit. Le tarage est obtenu par un ressort. 93 – Sélecteur de circuit : Il oriente le fluide dans une direction ou une voie donnée. Il peut être remplacé par une cellule logique OU. 94 – Soupape d’échappement rapide : Elle réalise une vidange ou une purge plus rapide de l’une des chambres d’un vérin pneumatique.

95 – Silencieux : Ces petits composants en bronze fritté se fixent sur les échappements des distributeurs. Ils ont pour rôle d’atténuer le bruit lors de l’échappement de l’air.

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