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Les éléments pneumatiques 7 - Réalisations technologiques 7.3 Fonction commande de puissance 7.3.1 Circuit de puissance pneumatique - Structure d'un circuit de distribution pneumatique (alimentation et puissance) : fonction et schématisation des constituants : * Actionneurs * Préactionneurs pneumatique et électro-pneumatique * Constituants de modulation de l'énergie : fonction et schématisation des principaux constituants. Les systèmes automatisés qui mettent en œuvre des actionneurs pneumatiques sont nombreux dans les secteurs industriels automatisés. L'objet de cette série est de décrire les principaux types d'actionneurs et d'éléments de lignes pneumatiques que l'on peut rencontrer sur un système automatisé.
Ce sont des vérins qui effectuent un travail dans un seul sens. Ils permettent soit de pousser soit de tirer une charge, exclusivement. Seules les positions extrêmes sont utilisées avec ce type de vérin. Un vérin pneumatique à simple effet n'a qu'une seule entrée d’air sous pression et ne développe un effort que dans une seule direction. La course de retour à vide est réalisée par la détente d'un ressort de rappel incorporé dans le corps du vérin.
Contrairement à la version à simple effet, ce type de vérin développe une force disponible à l'aller comme au retour pour produire un travail.
Un certain nombre de critères doivent être pris en compte pour déterminer le vérin à utiliser.
Il faut d'abord connaître l'effort de déplacement de la charge et son sens pour définir les deux caractéristiques dimensionnelles du vérin, son Æ 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 :
On choisit d'utiliser un vérin P avec un piston de Æ D = 10 cm et une tige de Æ d = 2.5 cm sous une pression "p" de 6 bars. (1 bar = 10N/cm²)
1er cas - Calculs d'efforts d'un vérin poussant une charge : (R = D/2).
2ème cas - Calculs d'efforts d'un vérin double effet tirant une charge : (r = d/2)
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 Lorsqu'un piston se déplace, il subit deux pressions qui génèrent deux efforts opposés. Un que l'on a calculé précédemment et l'autre qui est dû à la pression qui s'exerce de l'autre côté du piston. Cette pression va dépendre de la vitesse d'évacuation de l'air vers l'échappement. On parle alors de contre-pression. Cette contre-pression peut être soit pour contrôler la vitesse de déplacement du vérin, soit pour contrôler la position d'un vérin à l'aide d'un capteur. Les masses déplacées par les vérins pneumatiques à double effet et l'importance des vitesses atteintes engendrent des efforts d'inertie élevés. Il est nécessaire de réduire ces efforts en fin de course afin d'éviter les chocs des pistons sur les corps des vérins. Deux types d'amortisseur peuvent être incorporés directement dans le vérin, I'un élastique et l'autre pneumatique. Amortisseur pneumatique réglable
Lors du déplacement de la tige l'air peut passer soit par l'orifice N°1, soit par l'orifice N°2. Par contre lorsque la tige obstrue le passage N°2, l'air doit obligatoirement passer par l'orifice N°1. Dans cet orifice on place une vis qui va permettre de régler le débit et ainsi de contrôler l'amortissement du vérin.
Dans ce cas, c'est un joint "trilobé" qui va encaisser les chocs sur les fonds de vérins, permettant ainsi l'amortissement des chocs.
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. On classe les distributeurs dans la catégorie des pré-actionneurs ou des interfaces de sortie. Les distributeurs sont définis par deux caractéristiques fonctionnelles:
Un distributeur est dit monostable lorsqu'il y a un déficit entre le nombre de positions que peut prendre ce distributeur et le nombre de pilotes ou s'il y a un ressort.
Lorsque la configuration et le taux de complexité de l'installation automatisée entraînent le choix d'une solution "tout pneumatique", les distributeurs sont à commande pneumatique, car leur pilotage est assuré par des signaux de pression émis par la partie commande pneumatique. Lorsque le traitement de l'information est réalisé en version électrique ou électronique il est nécessaire que les distributeurs soient équipés d'une ou de deux électrovannes de pilotage dont le rôle est de transformer le signal électrique provenant de la PC en un signal pneumatique de pilotage du distributeur.
Les accessoires de lignes ont pour objet de régler un débit, purger rapidement une capacité, réduire les bruits d'échappement et de connecter les appareils entre eux.
Ces accessoires sont utilisés soit pour accélérer une vitesse de vérin, soit pour éjecter des pièces par un jet violent d'air comprimé. Lorsque la capacité est sous pression, un clapet anti-retour obstrue le passage de l'air comprimé vers l'extérieur. Lorsqu'il y a coupure d'alimentation, l'air contenu dans la capacité repousse la bille de la purge et permet à l'air de la capacité ainsi libéré de sortir violemment et rapidement.
L'air d'un réseau d'air est toujours saturé à 100% d'humidité et la condensation survient quand son point de rosée change, en l'occurrence quand la T° baisse. L'air sous pression ne "garde" plus son eau sous forme de vapeur d'eau quand sa T° baisse, la vapeur d'eau se condense et l'eau passe donc en phase liquide. Dans les cuves, les réservoirs , les canalisations l'échange thermique avec l'extérieur est facilité et c'est pour cette raison que l'on y trouve de l'eau condensée. Pour supprimer la vapeur d'eau contenue dans l'air il faut impérativement sécher l'air sous pression et ensuite le distribuer. L'air ainsi séché possède un point de rosée très bas ( -40°C sous pression de 7 bars par exemple avec des sécheurs par adsorption) le taux de vapeur d'eau équivaut dans ce cas à celui qu'aurait 1 m3 d' air ambiant à environ -73 ° C donc un air très sec. (Précisions apportées par M. Patrick Cosmides Directeur Commercial chez IMF)
Lors du passage de l'air du compresseur à son lieu d'utilisation, l'air s'enrichit en poussière, rouille des tuyaux des canalisations. Il est donc nécessaire de le filtrer pour retirer ces éléments nuisibles au bon fonctionnement des composants, de le lubrifier pour faciliter le déplacement des organes mobiles des composants pneumatiques et d'en contrôler la pression. On utilisera à cet effet une succession de composants, un filtre, un détendeur de pression et un graisseur à goutte.
Domaines d'application : Les industries de l'agro-alimentaire, du verre, du bois. La prise de pièces en sortie de presse à injecter, l'imprimerie pour le brochage et le retournement de feuilles, le conditionnement de produits et le chargement de petits transferts rotatifs, le collage d'étiquettes sur des bouteilles ou flacons. Pour les machines de production, en plus des vérins, divers types d'actionneurs pneumatiques sont utilisés : turbines pour perceuses, taraudeuses, mouleuses, moteurs, soufflettes, buses de sablage, pistolets à peinture, ...
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