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SOMMAIRE
PNEUMATIQUE ... 4
I. LOIS PRINCIPALES .......... 4
1. Bases de la pneumatique ...... 7
2. Loi fondamentale ........ 7
2.1. Loi de Boyle-Mariotte ...... 7
2.2. Loi de Charles-Gay-Lussac ...... 8
2.3. Loi de Pascal ........ 10
II. PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE LAIR .. 12
1. Production de lair comprim ..... 12
2. Compresseurs .... 14
2.1. Compresseur piston ..... 15
2.2. Compresseur membrane ...... 16
2.3. Compresseur piston rotatif ....... 16
2.4. Compresseur vis ....... 17
3. Rservoir dair ....... 17
4. Dshydrateur ....... 19
4.1. Dessiccateur par le froid ....... 19
4.2. Dshydrateur adsorption ....... 20
4.3. Dshydrateur absorption ....... 21
5. Groupe de conditionnement ....... 22
5.1. Lubrification de lair comprim ....... 23
5.2. Filtre air ....... 24
5.3. Rgulateur de pression ....... 26
III. DISTRIBUTEURS ....... 30
1. Distributeur 2/2 ....... 33
2. Distributeur 3/2 bille ....... 33
3. Distributeur 3/2 tiroir ....... 34
4. Distributeur 4/2 ....... 35
5. Distributeur 5/2 ....... 37
6. Distributeur 4/3 ....... 38
7. Distributeur 5/3 ....... 38
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IV. CLAPETS ......... 39
1. Clapet anti retour .......... 39
2. Elments de liaison ............ 39
2.1. Slecteur deux clapet (Fonction logique ET) ...... 39
2.2. Slecteur de circuit (Fonction logique OU) ........ 40
2.3. Soupape dchappement rapide .......... 41
3. Rducteurs de dbit .......... 41
3.1. Rducteur de dbit dans les deux sens .......... 41
3.2. Rducteur de dbit unidirectionnel .......... 42
4. Rducteurs de pression ........... 43
4.1. Rducteur de pression ............ 43
4.2. Limiteur de pression ........... 43
4.3. Soupape de squence ............ 44
5. Temporisateurs .......... 44
V. ACTIONNEURS ............ 46
1. Vrins ........... 46
1.1. Vrin simple effet ........... 46
1.2. Vrin double effet ........... 48
2. Moteurs pneumatiques ......... 55
2.1 Moteur piston .......... 55
2.2 Moteur palettes ........... 56
2.3 Moteur engrenages ........... 57
3. Moteurs oscillants .......... 57
3.1. Moteur oscillant crmaillre .......... 57
3.2. Module oscillant ........... 58
3.3. Pince de serrage ........... 58
ELECTROPNEUMATIQUE .. 59
I. ELEMENTS DINTRODUCTION DES SIGNAUX ELECTRIQUES 59
1. Bouton poussoir ............ 59
2. Commutateur poussoir ........... 60
3. Dtecteur de fin de course .......... 60
4. Capteur sans contact ........... 61
4.1. Capteurs de proximit inductifs .......... 62
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3
4.2. Capteurs de proximit capacitifs .......... 63
4.3. Capteurs de proximit optiques .......... 64
II. ELEMENTS ELECTRIQUES DE TRAITEMENT DES SIGNAUX 66
1. Relais ............ 66
2. Convertisseurs lectropneumatiques ........ 67
MAINTENANCE DUN SYSTEME PNEUMATIQUE .. 69
I. MAINTENANCE DU LUBRIFICATEUR ..... 69
II. MAINTENANCE DU FILTRE ........ 69
III. FIABILITE DES DISTRIBUTEURS ...... 70
1. Montage des distributeurs ........ 70
2. Montage des capteurs .......... 70
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PNEUMATIQUE
I. LOIS PRINCIPALES
Depuis bien longtemps dj, on fait appel aux technologies de la
pneumatique pour l'excution de
tches mcaniques. Aujourd'hui, la pneumatique trouve de nouveaux
champs d'application grce au
dveloppement de l'automatisation. Sa mise en uvre dans ce
domaine, permet l'excution d'un certain nombre de fonctions parmi
lesquelles:
la dtection d'tats par le biais de capteurs.
le traitement d'informations au moyen de processeurs.
la commande d'actionneurs par le biais de practionneurs.
l'excution d'oprations l'aide d'actionneurs.
Le pilotage des machines et des installations implique la mise
en place d'un rseau logique souvent trs
complexe, d'tats et de conditions de commutation. C'est l'action
conjugue des diffrents capteurs,
processeurs, practionneurs et actionneurs qui permettent
d'assurer le droulement des enchanements
dans les systmes pneumatiques ou semi pneumatiques.
Le formidable bond technologique ralis, autant pour ce qui
concerne les matriaux que dans les
mthodes de conception et de production, a permis d'une part
d'amliorer la qualit et la varit des
composants pneumatiques et d'autre part d'largir les champs
d'application des techniques
d'automatisation.
Les organes d'entranement pneumatiques permettent de raliser des
dplacements du type :
Linaire.
Oscillant.
Rotatif.
Un aperu ci-dessous donne quelques domaines d'application dans
lesquels on fait appel la
pneumatique:
Pour tout ce qui touche la manutention en gnral : o serrage de
matire d'uvre. o transfert de matire d'uvre. o positionnement de
matire d'uvre. o orientation de matire d'uvre. o aiguillage du flux
de matire d'uvre.
Mise en uvre dans divers domaines technologiques : o Emballage.
o remplissage. o dosage. o verrouillage. o entranement d'axes. o
ouverture et fermeture de portes. o transfert de matire d'uvre. o
travail sur machines-outils : tournage de pices, perage, fraisage,
sciage, finissage,
formage).
o dmariage de pices.
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o empilage de matire duvre. o Impression et emboutissage.
Pour rappeler on donne les caractristiques et les avantages de
la pneumatique:
Quantit: L'air est disponible pratiquement partout en quantit
illimite.
Transport: L'air peut tre facilement transport par
canalisations, mme sur de grandes distances.
Stockage: L'air comprim peut tre stock dans un rservoir d'o il
est prlev au fur et mesure. Le rcipient lui-mme peut en outre tre
transport (bouteilles).
Temprature: L'air comprim est pratiquement insensible aux
variations de la temprature, d'o la fiabilit d'utilisation mme en
conditions extrmes.
Scurit: Aucun risque d'incendie, ni d'explosion avec l'air
comprim.
Propret: Des fuites d'air comprim non lubrifi n'ont aucune
consquence sur l'environnement.
Structure des diffrents quipements : La conception des diffrents
quipements est simple, donc peu onreuse.
Vitesse: L'air comprim est un fluide de travail qui s'coule
rapidement, ce qui permet d'atteindre des vitesses de piston et des
temps de rponse trs levs.
Surcharge: Les outils et les quipements pneumatiques admettent
la charge jusqu' leur arrt complet, donc aucun risque de
surcharge.
Pour dterminer avec prcision les domaines d'utilisation de la
pneumatique, il importe de connatre
aussi ses ventuels inconvnients:
Prparation: L'air comprim doit subir un traitement pralable de
faon viter toute usure immodre des composants pneumatiques par des
impurets ou de l'humidit.
Compressibilit: L'air comprim ne permet pas d'obtenir des
vitesses de piston rgulires et constantes.
Force dveloppe: L'air comprim n'est rentable que jusqu' un
certain ordre de puissance. Pour une pression de service normale de
6 7 bar (600 700 kPa) et selon la course et la
vitesse, la force dveloppe limite se situe entre 20000 et 30000
Newton.
Echappement: L'chappement de l'air est bruyant, mais ce problme
est aujourd'hui en majeure partie rsolu grce la mise en uvre de
matriaux bonne isolation phonique et des silencieux.
Avant d'opter pour le pneumatique comme fluide de commande ou de
travail, il convient de procder
une comparaison avec d'autres sources d'nergie. Une telle
dmarche doit prendre en compte
l'ensemble du systme, depuis les signaux d'entre (capteurs)
jusqu'aux practionneurs et actionneurs,
en passant par la partie commande (processeur).
Les nergies de travail sont:
l'lectricit
l'hydraulique
la pneumatique
une combinaison des nergies ci-dessus.
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Critres de choix et caractristiques du systme dont il faut tenir
compte pour la mise en uvre des nergies de travail :
force
course
type de dplacement (linaire, oscillatoire, rotatif) ;
vitesse
longvit
scurit et fiabilit
cots nergtiques
facilit de conduite
capacit mmoire.
Les nergies de commande sont:
la mcanique
l'lectricit
l'lectronique
la pneumatique
la dpression
l'hydraulique.
Critres de choix et caractristiques du systme dont il faut tenir
compte pour la mise en uvre des nergies de commande :
fiabilit des composants
sensibilit l'environnement
maintenabilit et facilit de rparation
temps de rponse des composants
vitesse du signal
encombrement
longvit
possibilits de modification du systme
besoins en formation.
La pneumatique se dcompose en plusieurs groupes de produits:
actionneurs
capteurs et organes d'entre
processeurs
accessoires
automatismes complets.
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1. BASES DE LA PNEUMATIQUE
L'air est un mlange gazeux compos des lments suivants:
Azote: environ 78 vol. %
Oxygne: env. 21 vol. %
On y trouve en outre des traces de gaz carbonique, d'argon,
d'hydrogne, de non, d'hlium, de krypton
et de xnon.
Afin d'aider la comprhension des diffrentes lois, on indiquera
ci-dessous les grandeurs physiques
selon le "Systme international" dont l'abrviation est SI.
2. LOIS FONDAMENTALES
Il est caractristique de voir quel point l'air manque de
cohsion, cest--dire de force entre les molcules dans les conditions
d'exploitation habituellement rencontres en pneumatique. Comme
tous
les gaz, l'air n'a pas de forme dtermine.
Il change de forme la moindre sollicitation et occupe tout
l'espace dont il peut disposer. Enfin, l'air
est compressible.
2.1. Loi de Boyle - Mariotte
Cette proprit est mise en vidence par la loi de Boyle -
Mariotte: A une temprature constante, le
volume d'un gaz est inversement proportionnel sa pression
absolue ou, en d'autres termes, le produit
du volume par la pression absolue est constant pour une quantit
de gaz dtermine (fig. 1-2).
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p1 .V1 = p2 .V2 = p3 .V3 = Constant
Exemple :
A la pression atmosphrique, l'air peut tre compress au 1/7 de
son volume. Quelle sera la pression, si
la temprature reste constante?
Solution :
p1 .V1 = p2 .V2
p2 = (p1 / V2).V1
On sait que : V1 / V1 = 1/7 et p1 = pamb = 1 bar = 100 kPa
Donc : p2 = 1 . 7 = 7 bar = 700 kPa (absolu)
Il en rsulte: pe = pabs - pamb = (7 - 1) bar = 6 bar = 600
kPa
Le taux de compression d'un compresseur fournissant une pression
de 6 bars (600 kPa) est de 7 : 1.
2.2. Loi de Charles Gay-Lussac
La dilatation des corps est l'un des effets de la chaleur,
consquence immdiate de l'lvation de la
temprature. L'observation montre en effet que le plus souvent,
lorsqu'on chauffe un gaz, son volume
augmente; on dit qu'il se dilate, et ce phnomne est appel
dilatation. La dilatation s'explique par
l'amplitude de l'agitation molculaire: plus la temprature s'lve,
plus les molcules s'agitent et
s'loignent, l'agitation molculaire tant la base de la thorie de
la chaleur. La contraction, par
contre, est due l'abaissement de la temprature, qui entrane une
diminution du mouvement
molculaire.
Cette proprit est mise en vidence par la loi de Charles
Gay-Lussac: Le coefficient de dilatation cubique d'un gaz est
l'accroissement du volume que subit l'unit de volume de ce gaz pour
une
lvation de temprature de un degr.
On peut dterminer la valeur du coefficient de dilatation cubique
d'un gaz l'aide de l'quation
suivante :
Dans laquelle :
K : reprsente le coefficient de dilatation cubique d'un
corps
V2 : est le volume du corps la temprature T2 ;
V1 : est le volume du mme corps la temprature T1.
On appelle la dilatation par unit de volume pour une lvation de
temprature de 1C sous pression
constante, le coefficient de dilatation (alpha) ou le
coefficient d'expansion volumique . Le coefficient est le mme pour
tous les gaz : il vaut 1/273.
Il existe aussi un coefficient (bta) pour l'augmentation de la
pression volume constant. Ce coefficient de pression a la mme
valeur que celui d'expansion volumique, soit 1/273.
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Puisque le volume d'un gaz 0C, maintenu pression constante,
varie de 1/273 pour chaque variation
de 1C, si l'on refroidit fortement le gaz, le volume devrait
diminuer au point de devenir nul lorsqu'on
atteindra la temprature de 273C. La temprature de 273C est
vraiment la limite la plus basse qu'il soit possible d'imaginer, de
laquelle on ne se rapproche que trs difficilement. La temprature
de
273C est appele zro absolu. Si la temprature T d'un gaz est
donne en degrs Celsius, la temprature absolue T de ce corps est
dtermine en ajoutant 273.
T = T (C) + 273
Il est d'usage de remplacer le T par K et d'exprimer la
temprature absolue en degrs kelvins :
K = T+ 273.
Il est ncessaire de convertir la temprature en degrs kelvins
lorsquon a rsoudre un problme o l'inconnue est la pression ou le
volume. La relation entre la pression et la temprature d'un gaz
maintenu volume constant s'exprime comme suit:
De mme, la relation entre le volume et la temprature d'un gaz
maintenu pression constante est la
suivante:
Ce qui donne, comme quation gnrale :
Exercice 1 :
Un ballon de football est gonfl dair 193 kPa et la temprature
est de 21C. Quelle sera la pression effective de lair dans le
ballon 5C ?
Solution :
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Exercice 2 :
Un compresseur aspire lair la pression atmosphrique et le
comprime dans un rservoir dune capacit de 1,5 m3. A partir du
rservoir plein, quel volume dair faut-il extraire pour que la
pression atteigne 550 kPa, sachant que la temprature est passe de
22C 38C ?
Solution :
2.3. Loi de Pascal
On sait que, contrairement aux liquides, les gaz sont
compressibles. Toutefois, pour une pression
donne lintrieur dun vase clos, que ce soit pour un liquide ou un
gaz, cette pression est gale et sexerce intgralement sur tous les
points des parois avec un angle de 90C (principe de Pascal : Toute
pression exerce sur un fluide renferm dans un vase clos est
transmise intgralement tous les
points du fluide et des parois ).
Comme on peut le voir la fig. 1-3, l'air emprisonn dans un
rservoir une pression donne transmet
cette pression un systme pneumatique considr comme tant tanche,
donc un vase clos. Le
principe de Pascal s'applique tous les points des conduits et
des composants du systme
pneumatique.
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Gnralement, les systmes d'air comprim des usines ont des
pressions effectives de 620 760 kPa.
La charge soulever est gnralement connue, car on construit un
systme en fonction d'un travail
faire.
Dans un vrin, la pression exerce sur la surface du piston cre
une force qui est le rsultat du produit
de la pression du systme par la surface du piston. On peut donc
crire la relation suivante:
F = p x A
Les units utilises pour appliquer cette formule sont les
suivantes :
Force :
en newtons dans le systme international
en livres dans le systme imprial Pression :
en pascals dans le systme international
en livres par pouce carr dans le systme imprial Surface :
en mtres carrs dans le systme international
en pouces carrs dans le systme imprial
Pour dterminer la force ncessaire pour lever une charge l'aide
d'un vrin, on doit connatre deux
des trois paramtres de la formule.
Exercice :
La rserve d'air d'un rservoir est sous une pression de 825 kPa.
Elle fait partie d'un circuit
pneumatique commandant un vrin. Ce vrin doit pousser une charge
de 827 kg. Quel sera le diamtre
du vrin ncessaire pour dplacer la charge ?
Solution:
Conversion des donnes :
Pour rsoudre ce problme, il faut convertir la pression en
pascals et la masse en newtons.
Pression : 825 000 Pa
Force : 827 kg X 10 N/kg = 8 270 N
Calcul du diamtre du vrin :
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II. PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE LAIR COMPRIM
Pour qu'un automatisme pneumatique soit fiable, il est
indispensable de disposer d'un air comprim
d'alimentation de bonne qualit. Cette exigence implique
l'observation des facteurs suivants:
pression correcte
air sec
air pur Un non respect de ces exigences peut entraner une
augmentation des temps d'immobilisation des
machines et, par consquent, une augmentation des cots
d'exploitation.
1. PRODUCTION DE LAIR COMPRIME
La production de l'air comprim commence ds la phase de
compression. L'air comprim doit traverser
toute une srie de sous-ensembles avant d'atteindre l'organe
moteur. Le type de compresseur utilis,
ainsi que sa situation gographique peuvent avoir une influence
plus ou moins grande sur la quantit
d'impurets, d'huile et d'eau pouvant atteindre le systme
pneumatique. Pour viter ce genre
d'inconvnients, le dispositif d'alimentation en air comprim doit
comporter les lments suivants :
un filtre d'aspiration
un compresseur
un rservoir d'air comprim
un dshydrateur
un filtre air comprim avec sparateur de condensat
un rgulateur de pression
un lubrificateur
des points de purge du condensat
Un air comprim mal conditionn peut contribuer augmenter le
nombre de pannes et rduire la
dure de vie des systmes pneumatiques. Ceci peut se manifester de
plusieurs manires :
augmentation de l'usure au niveau des joints et des pices
mobiles dans les distributeurs et les vrins
suintement (fuite) d'huile au niveau des distributeurs
encrassement des silencieux.
D'une manire gnrale, les composants pneumatiques sont conus pour
supporter une pression de
service maximum de 8 10 bars. Si l'on veut exploiter
l'installation avec un maximum de rentabilit,
une pression de 6 bars sera amplement suffisante.
En raison d'une certaine rsistance l'coulement au niveau des
composants (p.ex. au passage des
tranglements) et dans les canalisations, il faut compter avec
une perte de charge comprise entre 0,1 et
0,5 bar. Il faut donc que le compresseur soit en mesure de
fournir une pression de 6,5 7 bars pour
assurer une pression de service de 6 bars.
Toute chute de pression entre le compresseur et le point
d'utilisation de l'air comprim constitue une
perte irrcuprable. Par consquent, le rseau de distribution est
un lment important de l'installation
d'air comprim.
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En gnral, on doit respecter les rgles suivantes (fig. 2-1) :
Les dimensions des tuyaux doivent tre calcules assez largement
pour que la perte de charge entre le rservoir et le point
d'utilisation n'excde pas 10% de la pression initiale.
Une ceinture de distribution qui fait le tour de l'usine doit
tre prvu. Cela afin d'assurer une bonne alimentation au point o la
demande d'air est la plus forte.
Toute canalisation principale doit tre munie de prises situes
aussi prs que possible du point d'utilisation. Cela permet
d'utiliser des dispositifs de raccordement plus courts, et par
consquent, d'viter les fortes pertes de charge qui se produisent
dans les tuyaux souples.
Les prises doivent toujours tre situes au sommet de la
canalisation afin d'liminer l'entranement d'eau de condensation
dans l'quipement.
Toutes les canalisations doivent tre installes en pente
descendante, vers une tuyauterie de purge, afin de faciliter
l'vacuation de l'eau et empcher qu'elle ne pntre dans les appareils
o
elle aurait un effet nuisible.
La pente doit toujours tre descendante, en s'loignant du
compresseur, pour viter que l'eau de condensation ne retourne dans
le rservoir.
L'air comprim doit tre stabilis. Le compresseur doit pour cela
comporter un rservoir mont en
aval. Ce rservoir sert compenser les variations de pression
lorsque le systme prlve de l'air
comprim pour son fonctionnement. Ds que la pression dans le
rservoir passe en de d'une certaine
valeur, le compresseur se met en marche et remplit le rservoir
jusqu' ce que le seuil suprieur de
pression soit atteint. Ceci permet en outre au compresseur de ne
pas avoir fonctionner en
permanence. (La fig. 2-2) montre l'installation adquate d'un
rseau de distribution d'air comprim.
Le facteur de marche recommand pour un compresseur est de
l'ordre denviron 75%. Il est pour cela indispensable de dterminer
la consommation moyenne et maximum de l'installation de faon
pouvoir orienter en consquence le choix du compresseur. S'il est
prvu une extension du rseau et, par
consquent une augmentation de la consommation d'air comprim, il
convient d'opter pour un bloc
d'alimentation plus important ds le dpart car une extension de
ce poste est une opration toujours
onreuse.
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L'air aspir par le compresseur contient toujours un taux
d'humidit se prsentant sous forme de vapeur
d'eau et que l'on exprime en % relatif d'humidit. L'humidit
relative est fonction de la temprature et
de la pression atmosphrique. Plus la temprature est leve, plus
l'air ambiant peut absorber de
l'humidit. Lorsque le taux de saturation de 100 % relatifs
d'humidit d'air est atteint, l'eau se condense
sur les parois.
Si l'limination de l'eau de condensation est insuffisante, cette
eau peut passer dans le systme et
occasionner les problmes suivants :
corrosion des tuyauteries, des distributeurs, des vrins et
autres composants
rinage du lubrifiant sur les composants mobiles
Ceci tend altrer le fonctionnement des composants et anticiper
l'apparition d'une panne du systme.
En outre, les fuites qui peuvent en rsulter sont de nature
provoquer des effets indsirables sur la
matire d'uvre (p.ex. produits alimentaires).
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2. COMPRESSEURS
Le choix dun compresseur dpend de la pression de travail et du
dbit dair dont on a besoin. Les compresseurs sont classs selon leur
type de construction (fig. 2-3).
2.1. Compresseur piston
L'air aspir par une soupape d'admission est comprim par un
piston puis envoy dans le circuit par
une soupape d'chappement.
Fig. 2-3
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Les compresseurs piston sont frquemment utiliss en raison de
l'importante plage de pressions qu'ils
offrent. Pour la production de pressions encore plus importantes
on fera appel des compresseurs
plusieurs tages, le refroidissement de l'air se faisant dans ce
cas entre les tages du compresseur.
Plages de pression optimales des compresseurs piston :
Jusqu 400 kPa (4 bar) mono tag
Jusqu 1500 kPa (15 bar) bi tag
Au-dessus de 1500 kPa (15 bar) trois tages ou plus
2.2. Compresseur membrane
Le compresseur membrane fait partie du groupe des compresseurs
piston. La chambre de
compression est ici spare du piston par une membrane.
L'avantage majeur est d'empcher tout passage d'huile du
compresseur dans le flux d'air.
C'est la raison pour laquelle le compresseur membrane est
frquemment utilis dans les industries
alimentaire, pharmaceutique et chimique.
2.3. Compresseur piston rotatif
Sur le compresseur pistons rotatifs, la compression de l'air
s'effectue au moyen de pistons anims
d'un mouvement de rotation. Pendant la phase de compression, la
chambre de compression est en
rduction permanente.
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2.4. Compresseur vis
Deux arbres (rotors) profil hlicodal tournent en sens oppos.
L'engrnement des profils provoque
l'entranement et la compression de l'air.
3. RESERVOIR DAIR
Le rservoir est charg
d'emmagasiner l'air comprim
refoul par le compresseur. Il
permet de stabiliser
l'alimentation en air comprim
sur le rseau et de compenser
les variations de pression
(fig. 2-4).
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fig. 2-5
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La surface relativement importante du rservoir permet de
refroidir l'air comprim.
L'eau de condensation est ainsi limine et doit tre rgulirement
purge au moyen du robinet de
purge.
La capacit du rservoir est fonction :
du dbit du compresseur
de la consommation du rseau
de la longueur du rseau de distribution (volume
supplmentaire)
du mode de rgulation
des variations de pression admissibles l'intrieur du rseau
Sur le diagramme (fig. 2-5) on peut dterminer graphiquement le
volume du rservoir.
4. DESYDRATEUR
Un taux d'humidit trop important dans l'air comprim peut
contribuer rduire la dure de vie des
systmes pneumatiques. Il est donc indispensable de monter sur le
rseau un dshydrateur qui permet
d'abaisser l'humidit de l'air au taux voulu.
La dshydratation de l'air peut tre ralise par :
dessiccation par le froid
dshydratation par adsorption
schage par absorption.
Une rduction des cots de maintenance, des temps d'immobilisation
et une augmentation de la
fiabilit des systmes permettent d'amortir relativement vite les
cots supplmentaires engendrs par la
mise en uvre d'un dshydrateur.
4.1. Dessiccateur par le froid
Le dshydrateur le plus frquemment
employ est le dessiccateur d'air par le
froid (fig. 2-6). L'air qui le traverse est
port une temprature infrieure au point
de rose. L'humidit contenue dans le flux
d'air est ainsi limine et recueillie dans
un sparateur.
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L'air qui entre dans le dessinateur d'air est pr refroidi dans
un changeur thermique par l'air frais qui
en sort puis port une temprature infrieure au point de rose dans
le groupe frigorifique. On appelle
point de rose la temprature laquelle il faut refroidir l'air
pour provoquer la condensation de la
vapeur d'eau.
Plus la diffrence de temprature par rapport au point de rose est
importante, plus l'eau aura tendance
se condenser. Grce la dessiccation par le froid, on arrive
atteindre des points de rose situs
entre 2C et 5C.
4.2. Dshydrateur adsorption
On appelle ladsorption la fixation de substances sur la surface
de corps solides. L'agent de dessiccation, galement appel gel, est
un granulat compos essentiellement de bioxyde de silicium.
La dshydratation par adsorption est le procd qui permet
d'atteindre les points de rose les plus bas
(jusqu' 90C).
Les dshydrateurs par adsorption (fig. 2-7) sont toujours utiliss
par deux. Lorsque le gel du premier
est satur, on passe sur le second pendant que l'on procde la
rgnration du premier par un schage
l'air chaud.
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4.3. Dshydrateur absorption
Absorption : Une substance solide ou liquide provoque une
raction chimique de dliquescence sur un
corps gazeux. L'air comprim est dbarrass des grosses gouttes
d'eau et d'huile dans un pr filtre.
A son entre dans le dshydrateur (fig. 2-8), l'air comprim est
entran en rotation et traverse la
chambre de schage remplie d'un produit fondant
(dessiccateur).
L'humidit se combine au dessiccateur et le dilue. La combinaison
liquide qui en rsulte est ensuite
recueillie dans le rceptacle infrieur. Le mlange doit tre vidang
rgulirement et le dessiccateur
consomm doit tre remplac.
Le procd par absorption se distingue par :
sa simplicit de mise en uvre
une moindre usure mcanique (pas de pices mobiles)
une faible consommation d'nergie.
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5. GROUPE DE CONDITIONNEMENT
Le groupe de conditionnement (fig. 2-9) sert prparer lair
comprim. Il est mont en amont des commandes pneumatiques.
Le groupe de conditionnement est constitu de :
un filtre air comprim
un rgulateur de pression
un lubrificateur
Concernant le groupe de conditionnement, il faut tenir compte du
fait que :
La taille du groupe de conditionnement est une fonction de
limportance du dbit (en m3/h). Un dbit trop important peut
provoquer une importante chute de pression dans les appareils. Il
est
donc primordial de respecter scrupuleusement les indications des
constructeurs.
La pression de service ne doit pas dpasser la valeur donne pour
le groupe de conditionnement. La temprature ambiante ne doit en
principe pas tre suprieure 50C
(valeur maximale pour les bols en matire plastique).
Dans une installation industrielle, l'air est gnralement assch
la sortie du compresseur et accumul
dans un rservoir. La pression de distribution est contrle la
sortie du rservoir et l'air circule dans
un rseau de tuyaux dacier de diffrentes dimensions. Ce type de
conduit se dgrade partiellement lorsqu'il entre en contact avec
l'humidit. Il se forme alors de la rouille qui se dtache et
contamine le
rseau de distribution.
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Les poussires et les dbris de pte raccord, provenant d'un manque
de soin au montage, s'y ajoutent
frquemment. Malheureusement, dans un systme pneumatique typique
contenant des mtaux ferreux,
la contamination engendre la contamination. La prsence d'eau
dans un systme propre au dpart peut,
en trs peu de temps, produire de l'oxyde de fer l'intrieur des
canalisations.
L'air est de plus en plus utilis pour la commande des
instruments et des systmes. Les circuits
pneumatiques logiques, faisant usage de soupapes de conception
diverse, sont aussi utiliss en nombre
croissant. Ces applications s'ajoutent l'utilisation de l'air
pour alimenter les nombreux outils
pneumatiques. C'est pourquoi il est ncessaire d'utiliser, chaque
poste de travail, une unit de
conditionnement d'air. D'autant plus que chaque application
exige un traitement particulier de l'air. En
gnral, une unit de conditionnement d'air est compose d'un
filtre, d'un rgulateur de pression et
parfois d'un lubrificateur.
5.1. Lubrification de lair comprim
D'une manire gnrale, il faut viter de lubrifier l'air comprim.
Par contre, si certaines pices
mobiles des distributeurs et des vrins ncessitent une
lubrification extrieure, il faut prvoir un apport
d'huile suffisant et continu dans l'air comprim.
La lubrification de l'air comprim doit se limiter aux parties
d'une installation ncessitant un air
comprim lubrifi. L'huile mle l'air comprim par le compresseur ne
convient pas pour la
lubrification des lments pneumatiques.
Il ne faut pas faire fonctionner avec un air comprim lubrifi les
vrins dots de joints rsistants la
chaleur car leur graisse spciale pourrait tre rince par
l'huile.
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Si des rseaux auparavant lubrifis doivent tre transforms pour
fonctionner avec de l'air comprim
non lubrifi, il faut remplacer le systme de graissage d'origine
des distributeurs et des vrins car celui-
ci a pu ventuellement tre rinc.
L'air comprim doit tre lubrifi dans les cas suivants :
ncessit de dplacements extrmement rapides ;
utilisation de vrins grand alsage (dans ce cas il est conseill
de monter le lubrificateur immdiatement en amont du vrin).
Une lubrification excessive peut entraner les problmes
suivants:
mauvais fonctionnement de certains composants ;
pollution de l'environnement ;
gommage de certains lments aprs une immobilisation prolonge.
L'air comprim traverse le lubrificateur (fig. 2-10) et provoque
au passage d'un venturi une dpression
utilise pour aspirer l'huile arrivant par un tube vertical reli
au rservoir. L'huile passe ensuite dans
une chambre o elle est pulvrise par le flux d'air avant de
continuer son parcours.
Le rglage du dosage d'huile se fait de la faon suivante: A titre
indicatif, le dosage est d'environ 1 10
gouttes par mtre cube. Pour vrifier si le dosage est correct, on
peut procder de la faon suivante :
maintenir un morceau de carton une distance de 20 cm de
l'orifice de refoulement du distributeur le
plus loign. Mme au bout d'un certain temps, il ne doit pas y
avoir d'coulement d'huile sur le carton.
5.2. Filtre air
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Leau de condensation, lencrassement et un excs dhuile peuvent
provoquer une usure des pices mobiles et des joints des composants
pneumatiques. Il peut arriver que ces substances schappent par des
fuites. Sans lutilisation de filtres air comprim, des matires
douvre telles que les produits des industries alimentaire,
pharmaceutique et chimique peuvent tre pollues et, par consquent,
rendues
inutilisables.
Le choix dun filtre air comprim est trs important pour
lalimentation du rseau en air comprim de bonne qualit. Les filtres
air se caractrisent en fonction de leur porosit. Cest elle qui
dtermine la taille de la plus petite particule pouvant tre
filtre.
En entrant dans le filtre air (fig. 2-11), l'air comprim est
projet contre
un dflecteur qui l'entrane en rotation. Les particules d'eau et
les particules solides sont spares du flux d'air par l'effet de la
force
centrifuge et sont projetes sur la paroi intrieure de la cuve du
filtre
avant de s'couler dans le collecteur. L'air pr nettoy traverse
la
cartouche filtrante dans laquelle doit encore avoir lieu la
sparation des
particules solides de taille suprieure la taille des pores. Sur
les filtres
normaux, la porosit se situe entre 5 m et 40 m.
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On entend par taux de filtration le pourcentage de particules
retenues par le filtre au passage du flux
d'air. En se basant sur une largeur de pore de 5 m, le taux de
filtration atteint en gnral 99,99%.
Certaines versions de filtre sont mme capables de filtrer les
condensats. Lair de condensation accumul doit tre vidang avant
datteindre le repre car il pourrait sinon tre raspir par le flux
dair.
Si la quantit de condensat est relativement importante, il
convient de remplacer le purgeur manuel
robinet par un dispositif de purge automatique. Ce dernier se
compose d'un flotteur qui ouvre le
passage d'une buse d'air comprim relie un systme de leviers
lorsque le condensat atteint son
niveau maximum. L'afflux d'air comprim provoque l'ouverture de
l'orifice de purge par le biais d'une
membrane. Lorsque le flotteur atteint le niveau bas du
condensat, la buse se ferme et arrte la vidange.
Le rservoir peut en outre tre vidang au moyen d'une commande
manuelle.
Au bout d'un certain temps de fonctionnement, il faut remplacer
la cartouche filtrante car elle pourrait
tre obture par un trop fort encrassement. En fait, le filtre
continue fonctionner malgr
l'encrassement mais il risque d'opposer une trop grande
rsistance au flux d'air et, par consquent,
augmenter la chute de pression. Le moment opportun pour le
remplacement du filtre peut tre
dtermin par un contrle visuel ou par une mesure de la diffrence
de pression. Il faut remplacer la
cartouche filtrante si la diffrence de pression est de 40 60 kPa
(0,4 0,6 bar).
5.3. Rgulateur de pression (manodtendeur)
L'air comprim produit par le compresseur est soumis des
variations. En se rpercutant sur le rseau,
ces variations de pression peuvent affecter les caractristiques
de commutation des distributeurs, le
facteur de marche des vrins et le rglage des rducteurs de dbit
et distributeurs bistables.
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Un niveau de pression constant est un pralable au fonctionnement
sans problme d'une installation
pneumatique. Afin de garantir un maintien constant de ce niveau
de pression, on raccorde au circuit
des manodtendeurs, monts de faon centrale, qui assurent une
alimentation en pression constante du
rseau (pression secondaire), ce, indpendamment des variations de
pression pouvant se manifester
dans le circuit de commande principal (pression primaire). Le
rducteur de pression, encore appel
manodtendeur, est mont en aval du filtre air comprim et
maintient constante la pression de
service. Le niveau de pression doit toujours tre ajust en
fonction des exigences de chaque
installation.
L'exprience a dmontr qu'une pression de service de :
6 bars sur la partie puissance
4 bars sur la partie commande
S'avrait tre le compromis le plus rentable et, techniquement
parlant, le plus adapt entre la
production d'air comprim et le rendement des composants.
Rgulateur de pression avec orifice dchappement : Une pression de
service trop importante peut entraner une dpense d'nergie excessive
et une
augmentation de l'usure. Par contre, une pression trop faible
peut tre l'origine d'un mauvais
rendement, en particulier dans la partie puissance.
Principe de fonctionnement (fig. 2-12): La pression d'entre
(pression primaire) du rducteur de
pression est toujours suprieure la pression de sortie (pression
secondaire). La rgulation de la
pression se fait par l'intermdiaire d'une membrane.
La pression de sortie s'exerant sur un ct de la membrane
s'oppose la force d'un ressort s'exerant
de l'autre ct. La force du ressort peut tre rgle par
l'intermdiaire d'une vis.
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Lorsque la pression secondaire augmente, p. ex. en cas
d'alternance de charge sur le vrin, la
membrane est pousse contre le ressort, ce qui a pour effet de
rduire, voire de fermer compltement la
section de sortie du clapet. Le clapet de la membrane s'ouvre et
l'air comprim peut s'chapper l'air
libre par les orifices d'chappement pratiqus dans corps du
rgulateur.
Lorsque la pression secondaire baisse, le ressort ouvre le
clapet. Le fait de pouvoir obtenir, grce une
rgulation de l'air comprim, une pression de service prajuste
signifie donc que le clapet effectue un
mouvement d'ouverture et de fermeture permanent command par le
dbit d'air. La pression de service
est indique par un manomtre.
Rgulateur de pression sans orifice dchappement :
Principe de fonctionnement : Lorsque la pression de service
(pression secondaire) est trop haute
(fig. 2-13), la pression augmente au niveau du clapet et pousse
la membrane l'encontre de la force du
ressort. Simultanment, la section de sortie du clapet se rduit
ou se ferme, ce qui a pour effet de
rduire ou de stopper le dbit.
L'air comprim ne pourra recirculer que lorsque la pression de
service sera redevenue infrieure la
pression primaire.
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On peut trouver sur la (fig. 2-14) les symboles des lments de
production et de distribution dnergie.
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III. DISTRIBUTEURS
Les distributeurs sont des appareils qui permettent dagir sur la
trajectoire dun flux dair, essentiellement dans le but de commander
un dmarrage, un arrt ou un sens de dbit.
Il existe plusieurs types de distributeurs (fig. 3-1).
Dsignations Nbr.
Dorifice Nbr. De position
Symboles
Distributeur deux positions et deux voies
2 2
Distributeur deux positions et trois voies
3 2
Distributeur deux positions et cinq voies
5 2
Distributeur trois positions et cinq voies
5 3
Fig. 3-1
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On reprsente les diffrents modles de distributeurs l'aide de
symboles. Le symbole reprsentant le
distributeur indique le nombre de ses orifices, ses positions de
commutation et son mode de
commande. Aucune indication nest donne en ce qui concerne sa
technologie de construction, laccent tant mis uniquement sur ses
fonctions.
Par position zro on entend, dans le cas des distributeurs
rappel, la position que les pices
mobiles occupent lorsque le distributeur nest pas actionn.
Par position de repos (ou position initiale ) on entend la
position quoccupent les pices mobiles du distributeur aprs leur
montage dans linstallation et leur mise sous pression ou, le cas
chant, sous tension lectrique. Cest la position par laquelle
commence le programme de commutation.
Chaque symbole est constitu d'une case rectangulaire l'intrieur
de laquelle on trouve deux ou trois
carrs. Ces carrs dsignent le nombre de positions que peut
prendre le distributeur symbolis.
l'intrieur de chaque carr, des flches indiquent le sens de la
circulation du fluide pour chacune des
positions du distributeur.
La fig. 3-2 montre le dbut de la cration des symboles de
distributeurs. Le nombre de carrs
juxtaposs correspond au nombre de positions que peut prendre le
distributeur. Il faut ensuite ajouter,
dans chaque carr, les lignes qui schmatisent les canalisations
internes du distributeur :
les orifices sont tracs sur le carr de la position de repos
une flche indique le sens du passage de l'air
un trait transversal indique une canalisation ferme.
Pour un distributeur deux positions, l'tat de repos est indiqu
par la case de droite (carr b). Pour un
distributeur trois positions, la position mdiane
constitue la position de repos (carr 0). On ajoute
ensuite les orifices (branchement des entres et des
sorties) qui sont tracs sur le carr schmatisant la
position de repos.
Gnralement les orifices sont identifis par des
lettres. Ainsi, selon la norme ISO 1219, les orifices
dun distributeur sont identifis comme suit :
Pression dalimentation (source dnergie) : P
Sortie ou utilisation (travail) : A, B, C
Echappement (vacuation de lair l libre) : R, S, T
Commande (pilotage) : Z, Y, X
Il existe des distributeurs deux, trois, quatre ou cinq
orifices. Il faut faire preuve de vigilance lors de
linterprtation des symboles des distributeurs N.O. et N.F., car
avec ceux munis de plus de trois orifices, il
y a presque toujours une canalisation qui conduit
lair.
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Chaque distributeur est muni dun moyen de commande et dun moyen
de rappel :
le moyen de commande constitue le mode dactionnement et est
dessin, par convention, la gauche du symbole du distributeur
le moyen de rappel constitue le mode de dsactivation du
distributeur et est dessin, par convention, la droite du
symbole.
Le ressort constitue frquemment le moyen de rappel. Ce nest
toutefois pas la rgle gnrale, car selon leur emploi et leur
localisation, les distributeurs peuvent tre actionns des deux cts
de
diffrentes manires.
Si l'on considre que chaque distributeur de la (fig. 3-3) peut
tre actionn d'un ct ou de l'autre par
un des modes de commande, on obtient une quantit assez
impressionnante de combinaisons possibles.
Pour les modles commande pneumatique, il faut noter que les
orifices de pilotage ne servent pas au
compte qui sert dsigner les distributeurs (3/2 ou 4/2, par
exemple). On considre uniquement les
orifices d'alimentation, d'utilisation et d'chappement.
Par ailleurs, on distingue deux principales classes de
distributeurs selon le nombre de positions stables
qu'ils possdent :
Monostable : possde une seule position stable, soit celle de
repos. Le mode d'actionnement doit tre activ en permanence pour
toute la dure de l'actionnement du distributeur. C'est le
cas d'un modle bouton-poussoir et rappel par ressort.
Bistable : possde deux tats stables, ce qui signifie qu'un
actionnement momentan ou une seule impulsion sert commuter le
distributeur. On dit aussi qu'un distributeur bistable agit
comme une mmoire, car il a la capacit de conserver sa position.
C'est le cas d'un modle
muni d'un pilotage pneumatique de chaque ct.
Fig. 3-3
-
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1. DISTRIBUTEUR 2/2
Le distributeur 2/2 (fig. 3-4) dispose de deux orifices et de
deux positions (ouvert, ferm).Sur ce
distributeur, il nest pas prvu dchappement en position ferme. Le
type de construction le plus couramment rencontr est le
distributeur bille.
Le distributeur 2/2 est rarement employ dans un circuit
pneumatique. On lutilise surtout pour ouvrir ou fermer une ligne
dalimentation. Un distributeur peut prendre diffrentes positions.
On dit quil est ouvert ou ferm . Son tat la position de repos le
caractrise comme tant normalement
ouvert ou normalement ferm .
2. DISTRIBUTEUR 3/2 A BILLE
Une bille est maintenue contre le sige du distributeur par la
force d'un ressort (fig. 3-5), ce qui stoppe
le passage entre l'orifice d'alimentation 1 et l'orifice de
travail 2. L'orifice 2 est mis l'chappement
vers l'orifice 3 en traversant le poussoir.
Une action sur le poussoir du distributeur fait dcoller la bille
de son sige. Il faut pour cela vaincre la
force du ressort de rappel et la force de la pression prsente. A
l'tat actionn, les orifices 1 et 2 sont
relis et le distributeur ainsi commut libre le dbit. Dans ce
cas, le distributeur est command soit
manuellement, soit mcaniquement. La force d'actionnement dpend
de la pression d'alimentation et
du frottement l'intrieur du distributeur. La taille du
distributeur est de la sorte limite.
Les distributeurs bille sont de conception simple et
compacte.
Fig. 3-4
-
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3. DISTRIBUTEUR 3/2 A TIROIR
Le principe de fonctionnement (fig. 3-9a et b) de ce
distributeur est bas sur un genre de piston qui
libre ou obture les diffrents orifices lorsqu'il effectue un
dplacement longitudinal. Si l'on observe la
construction du distributeur 3/2 N .F. de la figure, on voit que
l'air sous pression arrive l'orifice
d'entre (1) et ne passe pas. Quant l'air emprisonn du ct travail
(5), il peut s'chapper par l'orifice
de sortie (4).
Fig. 3-5
-
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Lorsque l'on actionne la commande (2), le tiroir (3) se dplace
vers la gauche, l'orifice d'entre (1)
s'ouvre, l'orifice d'chappement (4) devient bloqu et l'air
circule de l'entre vers la sortie travail.
Lorsque l'on relche la commande (2), le ressort (6) repousse le
tiroir (3) sa position initiale. L'orifice
d'entre (1) est bloqu et l'air emprisonn circule de l'orifice
travail (5) vers l'air libre (4). L'tanchit
entre le tiroir et le corps du distributeur est gnralement
assure par des joints toriques.
Le modle tiroir est trs polyvalent, car en inversant simplement
le branchement des orifices, on obtient un distributeur 3/2 N .O.
(figure B). L'air circule alors librement de l'entre vers la
sortie
lorsque le distributeur n'est pas actionn. D'autre part, le
principe de construction du tiroir permet de
faire circuler la grande quantit d'air ncessaire pour alimenter
directement un moteur ou un vrin.
4. DISTRIBUTEUR 4/2
Le distributeur 4/2 dispose de quatre orifices et de deux
positions. Il remplit la mme fonction quune combinaison de deux
distributeurs 3/2, lun des distributeurs devant tre ferm au repos
et lautre ouvert au repos.
En pratique, on considre un distributeur tiroir comme un
practionneur ou un distributeur de
puissance en raison de sa capacit faire circuler un grand dbit
dair. Les sorties A et B sont raccordes directement un actionneur,
un vrin ou un moteur pneumatique.
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L'air sous pression arrive par
l'orifice P (fig. 3-12) et circule
autour du tiroir l'intrieur du
distributeur. Selon la position du
tiroir, l'air sera dirig vers la sortie
A ou vers la sortie B.
Dans un circuit on peut commander
le distributeur tiroir laide des signaux de pilotage (provenant
de
distributeurs 3/2 clapets, par
exemple) sur les orifices Z ou Y. On
dit quun distributeur tiroir muni dun double pilotage (sans
ressort de rappel) est mmoire, car il
conserve sa position mme aprs le
retrait du signal.
Si le distributeur est pilot par le ct Y, l'air sous pression se
dirige vers la sortie A et l'air emprisonn
du ct B se dirige vers l'chappement R. Au contraire, une
impulsion d'air dans l'orifice de pilotage Z
dplace le tiroir dans la position oppose. L'air venant de P se
dirige alors vers B et le retour d'air libre
de A sort par l'chappement R.
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5. DISTRIBUTEUR 5/2
Le distributeur 5/2 est cinq
orifices et deux positions (fig.
3-14). Il est utilis
principalement pour le
pilotage de vrins. Le
distributeur tiroir
longitudinal en est un
exemple.
L'lment moteur de ce
distributeur est constitu par
un piston qui relie entre eux ou
isole les diffrents orifices en
excutant des dplacements
longitudinaux. La force de
manuvre est beaucoup plus faible car, contrairement aux
distributeurs bille ou
clapet, aucune rsistance ne s'y
oppose.
Les distributeurs tiroir longitudinal acceptent tous les modes
de commande - manuelle, mcanique,
lectrique ou pneumatique. Les mmes moyens peuvent tre employs
pour le rappel du distributeur
dans sa position initiale. Leur course de commutation est
nettement plus longue que dans le cas des
distributeurs clapet.
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6. DISTRIBUTEUR 4/3
Le distributeur 4/3 est 4 orifices et 3 positions. Le
distributeur plateaux rotatifs (fig. 3-13) est un
exemple. Ce distributeur est gnralement commande manuelle ou par
pdale. Une action sur la
commande entrane la rotation de deux plateaux qui relient les
canalisations entre elles.
Si les distributeurs sont double pilotage pneumatique, souvent
on remarque la prsence des ressorts
de rappel. Ces ressorts forcent le tiroir en position mdiane en
labsence de signaux de pilotage. Evidemment, la force des signaux
de pilotage doit tre suprieure celle des ressorts de rappel.
7. DISTRIBUTEUR 5/3
Fig. 3-13
-
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IV. CLAPETS
1. CLAPET ANTI-RETOUR
Les clapets servent interrompre le passage dans un sens et
lautoriser dans lautre sens. La pression exerce du ct de lcoulement
agit sur lorgane dobturation et contribue ainsi ltanchit du
clapet.
Les clapets anti-retour peuvent interdire compltement le dbit
dans un sens cependant que dans
lautre sens lair comprim passe avec une perte de charge aussi
rduite que possible. Lobturation dans un sens peut tre obtenue par
un cne, une bille, un clapet plat (fig. 4-1) ou une membrane.
2. ELEMENTS DE LIAISON
Certains lments possdant les caractristiques d'un clapet
anti-retour peuvent tre utiliss comme
lments de liaison dans la commande de signaux. Il existe deux
soupapes faisant office d'lment de
liaison dans le traitement logique de deux signaux d'entre et la
transmission du signal qui en rsulte.
Le slecteur deux clapets ne transmet de signal en sortie que si
un signal est prsent chaque entre
(fonction ET); le slecteur de circuit transmet un signal si au
moins un signal est prsent en entre
fonction OU).
2.1. Slecteur deux clapets Fonction logique ET
Le slecteur deux clapets dispose de deux entres X et Y et d'une
sortie A (fig. 4-2).
Le passage de l'air ne peut avoir lieu que si un signal est
prsent chaque entre. Un seul signal
d'entre en X ou Y obture le passage en raison des forces
diffrentes s'exerant sur le tiroir piston.
Lorsque les signaux d'entre sont dcals dans le temps, c'est le
dernier signal apparu en entre qui
atteint la sortie. En cas de diffrence de pression des signaux
d'entre, la pression la plus forte obture le
clapet et la pression la plus faible atteinte la sortie A. Le
slecteur deux clapets est surtout utilis
dans les commandes de verrouillage, dans les fonctions de
contrle et pour des combinaisons logiques.
Fig. 4-1
-
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2.2. Slecteur de circuit Fonction logique OU
Ce slecteur dispose de deux entres X et Y et
d'une sortie A (fig. 4-3). Lorsqu'une pression est
applique l'entre X, le piston obture l'entre Y
et l'air passe de X vers A. Si l'air passe de Y vers
A, c'est l'entre X qui est obture. En cas de reflux
d'air, c'est dire quand un vrin ou un distributeur
plac en aval est mis l'chappement, les
conditions de pression maintiennent le piston dans
la position qu'il a prise auparavant.
Ce slecteur est galement dsign par oprateur
OU. La mise en uvre d'un ou de plusieurs slecteurs de circuit
est ncessaire lorsqu'on veut
actionner un vrin ou un practionneur partir de
deux (ou plus) endroits.
Fig. 4-3
-
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2.3. Soupape dchappement rapide
Les soupapes d'chappement rapide servent augmenter la vitesse du
piston sur les vrins. On vite
ainsi les temps de retour longs, notamment sur les vrins simple
effet. La tige du vrin peut sortir
pratiquement pleine vitesse en raison de la rsistance rduite
l'chappement pendant la rentre de la
tige. L'air est vacu par un orifice d'chappement relativement
important. Ce clapet dispose d'un
orifice de pression P obturable, d'un chappement R obturable et
d'une sortie A (fig. 4-4).
Lorsque la pression est tablie en P, le disque d'tanchit obture
l'chappement A. L'air comprim
passe de P vers A. Quand il ny a plus de pression en P, l'air
venant de A pousse le disque d'tanchit contre l'orifice P et le
ferme. L'air peut donc s'chapper directement l'air libre sans avoir
emprunter
une trajectoire longue et parfois troite vers le practionneur en
passant par les conduites de
commande. Il est recommand de monter la soupape d'chappement
rapide directement sur le vrin ou
aussi prs que possible de ce dernier.
3. REDUCTEURS DE DEBIT
Les rducteurs de dbit servent modifier le dbit de lair comprim
dans les deux sens. Si lon ajoute un clapet anti-retour ce rducteur
de dbit, la rduction de vitesse ne se fera que dans un sens.
3.1. Rducteurs de dbit dans les deux sens
Les rducteurs de dbit sont gnralement rglables (fig. 4-5). Ce
rglage peut tre bloqu. On utilise
les rducteurs de dbit pour le contrle de la vitesse de
dplacement des vrins. Un rducteur de dbit
ne doit jamais tre compltement ferm.
Caractristiques techniques des rducteurs de dbit :
Pour le rducteur de dbit la longueur de ltranglement est
suprieure au diamtre.
Pour la soupape diaphragme la longueur de ltranglement est
infrieure au diamtre.
Fig. 4-4
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3.2. Rducteurs de dbit unidirectionnel
Dans le cas du rducteur de dbit unidirectionnel, ltranglement du
flux dair nagit que dans un sens (fig. 4-6). Le clapet anti-retour
ferme le passage dans un sens, obligeant le flux dair passer par la
section rglable. Dans le sens oppos, lair peut passer librement par
le clapet anti-retour ouvert. Ces rducteurs servent rguler la
vitesse des vrins pneumatiques. Il est recommand de les monter
directement sur le vrin.
On distingue fondamentalement deux types de rduction sur les
vrins double effet :
rduction lalimentation ;
rduction lchappement.
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4. REDUCTEURS DE PRESSION
Les soupapes de pression sont des lments agissant
essentiellement sur la pression, autrement dit,
commands en fonction du niveau de pression. On en distingue
trois types :
les rgulateurs de pression
les limiteurs de pression
les soupapes de squence
4.1. Rducteurs de dbit unidirectionnel
Le rgulateur de pression a t trait au paragraphe Groupe de
conditionnement . Il sert maintenir
une pression constante mme en cas de variations sur le rseau. La
pression dentre minimum doit tre suprieure la pression de
sortie.
4.2. Limiteur de pression
Les limiteurs de pression sont utiliss surtout comme soupapes de
sret (soupapes de surpression).
Elles ne permettent pas que la pression admissible dans un
systme soit dpasse. Lorsque la pression
atteint sa valeur maximale lentre de la soupape, la sortie de la
soupape souvre et lair schappe vers lextrieur. La soupape demeure
ouverte jusqu ce que le ressort incorpor la referme, la pression
tant redescendue la valeur rgle, compte tenu de la caractristique
du ressort.
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4.3. Soupape de squence
Cette soupape fonctionne sur le mme principe que le limiteur de
pression (fig. 4-7). Elle souvre lorsque la pression dpasse la
limite rgle sur le ressort. Lair scoule de 1(P) vers 2(A). La
sortie 2(A) ne souvre que lorsque la conduite de commande 12(Z) a
atteint da pression rgle. Un piston de commande ouvre alors le
passage 1(P) vers 2(A).
On utilise des soupapes de squence dans lautomatisme pneumatique
lorsquune pression bien dtermine est ncessaire pour effectuer une
commutation (commandes fonction de la pression).
5. TEMPORISATEUR
Le temporisateur (fig. 4-8) est compos dun distributeur 3/2
commande pneumatique, dun rducteur de dbit unidirectionnel et dun
petit rservoir dair. Le distributeur 3/2 peut tre indiffremment
ouvert au repos ou ferm au repos. La temporisation varie gnralement
entre 0 et 30
secondes sur les deux types de distributeurs. Cette dure peut
tre augmente par ladjonction dun rservoir supplmentaire. A
condition dutiliser un air bien conditionn pression constante, on
parvient obtenir un point de commutation trs prcis.
Principe de fonctionnement d'un temporisateur distributeur 3/2
ferm au repos : l'air comprim
est envoy l'orifice 1(P) du distributeur. L'air de commande
afflue l'entre 12(Z) du temporisateur
et traverse le rducteur de dbit unidirectionnel.
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Selon le rglage effectu au niveau de la vis de l'trangleur, une
quantit d'air plus ou moins
importante est admise dans le rservoir par unit de temps. Ds que
la pression de commande
ncessaire y est atteinte, le piston de commande du distributeur
3/2 est abaiss et obture le passage de
2(A) vers 3(R). Le clapet est soulev de son sige et l'air peut
passer de 1(P) vers 2(A). C'est le temps
de monte en pression dans le rservoir qui dtermine le point de
commutation.
La conduite de commande 12(Z) doit tre purge pour que le
temporisateur reprenne sa position
initiale. L'air s'chappe du rservoir par le rducteur de dbit
unidirectionnel et la conduite de
commande du capteur. Le ressort du distributeur ramne le piston
de commande et le clapet du distributeur en position initiale.
L'air s'chappe du rservoir l'air libre en passant par le rducteur
de
dbit unidirectionnel et la conduite de mise l'chappement du
capteur. Le ressort de rappel du
distributeur ramne le piston et le clapet du distributeur en
position initiale.
La canalisation de travail 2(A) se vide vers 3(R) et 1(P) est
obtur. Si le distributeur 3/2 est du type
ouvert au repos, un signal est prsent la sortie 2(A) en position
initiale. Un signal envoy l'entre
10(Z) provoque l'actionnement du distributeur et la canalisation
de travail 2(A) se vide par 3(R). Le
signal de sortie se dsactive la fin de la temporisation.
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V. ACTIONNEURS
Lactionneur, encore appel organe moteur, sert transformer une
nergie pneumatique en travail mcanique. Elabor dans la partie
commande, le signal de sortie est ensuite dirig vers des
practionneurs qui, leur tour pilotent les actionneurs.
Les actionneurs pneumatiques sont classs en deux groupes selon
que leur mouvement est rectiligne ou
rotatif :
mouvement rectiligne (mouvement linaire) o vrin simple effet o
vrin double effet
mouvement rotatif
moteur pneumatique o moteur oscillant
1. VERINS
1.1. Vrin simple effet
Les vrins simple effet ne sont aliments en air comprim que d'un
seul ct. Ils ne peuvent donc
fournir un travail que dans un seul sens. Le rappel de la tige
de piston est assur par un ressort
incorpor ou par une force extrieure. Le ressort incorpor est
dimensionn de manire ramener le
plus rapidement possible le piston dans sa position
initiale.
Sur les vrins simple effet ressort incorpor (fig. 5-1), la
course est fonction de la longueur du
ressort. De ce fait, les vrins simple effet ne dpassent jamais
80 mm environ.
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En raison de leur type de construction, les vrins simple effet
sont affects des tches dites
d'alimentation, du type :
transfert
aiguillage
assemblage
dosage
serrage
distribution
Le vrin simple effet est dot d'un joint de piston simple, mont
sur le ct o s'applique la pression.
L'tanchit est assure par un matriau flexible (perbunan)
(Caoutchouc nitril) encastr dans un piston
mtallique ou en matire plastique. Pendant le mouvement, les
bords d'tanchit glissent la surface
du cylindre.
Autres types de construction des vrins simple effet :
vrin membrane ;
vrin membrane enroulement.
Sur le vrin membrane, c'est une membrane incorpore en
caoutchouc, en matire plastique ou en
mtal qui assume la fonction du piston. La tige du piston est
fixe au centre de la membrane. Il n'y a
pas de joint tanche en mouvement; en fait de frottement, seul
intervient celui provoqu par la
dilatation du matriau. On utilise ces vrins dans des
applications demandant des courses rduites
(serrage, compression et levage).
Vrin membrane : Une membrane incorpore en caoutchouc, en
plastic ou en mtal reprend la fonction du piston.
Au milieu de la membrane se trouve une plaque
de pression. Ici il n'y a pas dtanchit glissante. La course
s'effectue grce la lgre
transformation de la membrane (course de
quelques mm). L'application de ce module est
utilise pour les oprations de serrage, de
compression, etc.
Cette excution est spcialement utilise pour le
serrage de pices quand on ne dispose que d'un
petit espace.
Fig. 5-1
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Vrin soufflet :
Le muscle pneumatique :
En ce qui concerne sa fabrication, le
muscle pneumatique ressemble
beaucoup au vrin soufflet. Il est
cependant bien plus long et plus
mince, ce qui rend son
fonctionnement radicalement
diffrent. En ajoutant de l'air
comprime, les fibres de la paroi du
vrin se contractent, ce qui cre une
force de traction entre les deux
extrmits. Le muscle pneumatique
offre les mmes avantages que le
vrin a soufflet.
Ceci est un nouveau type de vrin pour lequel les possibilits
d'applications sont encore dvelopper davantage. Avis aux
amateurs
1.2. Vrin double effet
Le vrin soufflet ne fonctionne galement que
dans un sens. Ce vrin est surtout utilise pour
serrer, compresser et soulever des produits.
Grace la surface relativement grande et en
labsence de perte de frottement entre le piston et le tube du
vrin, le vrin soufflet peut
fournir une grande force.
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Sa construction est similaire celle du vrin simple effet, la
diffrence qu'il ne possde pas de
ressort de rappel et que ses deux orifices servent la fois pour
l'alimentation et pour l'chappement
(fig. 5-2). L'avantage du vrin double effet est de pouvoir
effectuer un travail dans les deux sens. Ses
possibilits d'application sont donc multiples. La force
transmise la tige du vrin est plus importante
la sortie qu' la rentre tant donn que la surface sur laquelle
s'exerce la pression est plus grande du
ct tte que du ct tige du piston.
Les tendances dans lorientation du dveloppement des vrins
pneumatiques sont les suivantes :
dtection sans contact : utilisation d'aimants sur la tige de
piston (interrupteurs Reed)
freinage de charges lourdes
vrins sans tige pour espaces rduits
autres matriaux de fabrication (matriaux synthtiques)
revtements / enveloppes de protection contre les agents
agressifs (par exemple, rsistance aux acides)
capacits plus importantes
caractristiques spciales pour la mise en uvre sur des robots
(par exemple, tiges de piston anti-rotation ou tiges de piston
creuses pour ventouses pneumatiques)
Le vrin se compose d'un cylindre, d'une culasse avant, d'une
culasse arrire, d'un piston avec joint
(joint double chevron), d'une tige de piston, d'un coussinet,
d'un joint racleur, d'un certain nombre de
pices de liaison et de joints. Le cylindre est gnralement
constitu d'un tube en acier tir sans
soudure. Pour augmenter la longvit des joints, les surfaces de
glissement du cylindre sont
gnralement superfinies (honing).
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Fig. 5-3
-
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Dans certains cas, le cylindre est en alliage d'aluminium, en
laiton ou en tube d'acier; la surface de
glissement est alors chrome dur. Ce type d'excution est utilis
pour protger les vrins travaillant peu
souvent ou en milieu corrosif.
Les culasses sont en principe en fonte (fonte d'aluminium ou
fonte mallable). Leur fixation sur le
cylindre se fait l'aide de tirants, de vis ou de brides.
La tige de piston est de prfrence en acier trait. Pour viter la
rupture, les filetages sont gnralement
rouls.
Pour rendre tanche la tige de piston, la culasse ct tige est
quipe d'un joint doubles lvres
(Fig. 5-3). Le guidage de la tige de piston est assur par le
coussinet en bronze fritt ou en mtal revtu
de matriau synthtique. Devant ce coussinet se trouve le joint
racleur. Il empche que des corps
trangers puissent pntrer l'intrieur du corps. Un soufflet est
donc inutile.
Matriaux du joint double chevron :
Perbunan entre 20C et + 80C Viton entre 20C et + 190C Teflon
entre 20C et + 200C
Pour l'tanchit statique on utilise des joints toriques.
1.2.4 Vrin double effet amortissement en fin de course
Lorsque les masses dplaces sont importantes, on fait appel des
amortisseurs pour viter les chocs et
les dtriorations sur les vrins. Avant d'arriver en fin de
course, un piston amortisseur interrompt
l'chappement direct de l'air l'air libre en ne laissant libre
qu'une faible section d'vacuation, la
plupart du temps rglable (fig. 5-4). Ceci permet de rduire
progressivement la vitesse de rentre de la
tige pendant la dernire phase de la course. Il faut veiller ne
pas visser compltement les vis de
rglage, ce qui empcherait la tige de piston datteindre les fins
de course.
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52
Lorsque les forces et les acclrations sont trs importantes, il
convient de prendre un certain nombre
de mesures spciales. En l'occurrence, on monte des amortisseurs
externes chargs d'amplifier les
effets du ralentissement.
Pour obtenir un ralentissement correct, il faut :
serrer la vis de rglage
desserrer pas pas la vis de rglage jusqu' obtention de la valeur
dsire.
1.2.4 Vrin double effet sans tige
Ce vrin linaire pneumatique (vrin sans tige) est compos dun
cylindre, dun piston et dun coulisseau extrieur qui se dplace sur
le cylindre (fig. 5-6). Le piston log dans le cylindre se
dplace
librement en fonction de la commande pneumatique prsente.
Le piston et le coulisseau extrieur sont dots dun aimant
permanent. La transmission des mouvements du piston sur le
coulisseau extrieur se ralise par adhrence au moyen de
laccouplement magntique.
Ds quune pression est applique au piston, le chariot se dplace
en synchronisation avec le piston. Ce type de vrin est utilis
spcialement pour les courses extrmement longues pouvant aller jusqu
10 m. Les dispositifs, charges etc. peuvent tre visss directement
sur le plan du coulisseau extrieur de
faon absolument hermtique tant donn quil nexiste aucune liaison
mcanique. Il ny a par consquent aucun risque de fuite.
-
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1.2.4 Mode de fixation des vrins
Le mode de fixation (fig. 5-7) est fonction de l'implantation du
vrin sur les dispositifs et les machines.
Lorsque le mode de fixation est dtermin de faon dfinitive, il
faut adapter le vrin en consquence.
Sinon il est possible, au moyen d'accessoires appropris, de
monter ultrieurement un autre mode de
fixation, selon le principe dit modulaire. Ce principe permet de
rduire considrablement les stocks
ncessaires dans les grandes entreprises qui utilisent beaucoup
de vrins pneumatiques, permettant
d'adopter au choix sur un mme vrin de base I qui convient, les
accessoires de fixation respectivement
adquats.
Etant donn que la charge des vrins ne doit tre applique que dans
le sens axial, leur fixation, ainsi
que l'accouplement du piston doivent tre soigneusement adapts en
fonction des applications vises.
Toute force transmise par une machine se traduit par une charge
applique au vrin. Des dfauts
d'adaptation et d'alignement de la tige peuvent galement
entraner des contraintes au niveau du palier
sur le cylindre et sur la tige, ce qui peut avoir pour
consquence :
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Cours
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une forte pression latrale sur les coussinets du vrin et, par
consquent une usure plus importante
une forte pression latrale sur les paliers de guidage de la tige
de piston
des charges importantes et irrgulirement rparties sur les joints
de la tige du piston et du piston.
Ces contraintes agissent au dtriment de la longvit du vrin, la
plupart du temps dans des proportions
importantes. Le montage de paliers rglage tridimensionnel permet
d'liminer presque totalement ces
normes contraintes. Le seul couple de torsion subsistant encore
est provoqu par le frottement dans
les paliers. En consquence, le vrin ne sera soumis qu' des
contraintes d'ordre fonctionnel, ce qui
vite qu'une usure prmature ne le rende inutilisable.
1.2.4 Caractristiques des vrins
Les caractristiques des vrins peuvent tre calcules soit sur une
base thorique, soit l'aide des
donnes du constructeur. Les deux mthodes sont possibles mais
d'une manire gnrale, les donnes
du constructeur sont plus explicites quand il s'agit d'excutions
ou d'applications bien dtermines.
La pousse exerce par un vrin est fonction de la pression
d'alimentation, du diamtre du vrin et de la rsistance de frottement
des joints.
La pousse thorique est dtermine l'aide de la formule :
Fth = A . p
Fth = Pousse thorique (N)
A = Surface utile du piston (m)
P = Pression de service (Pa)
La course (pour les vrins pneumatiques), ne devrait jamais
dpasser 2 m (10 m pour les vrins sans tige). Lorsque la course
dpasse une certaine valeur limite, la fatigue mcanique de la tige
de
piston et du coussinet devient excessive. Pour viter tout risque
de flambage, il est conseill
d'augmenter le diamtre de la tige de piston pour les courses trs
longues.
La vitesse du piston d'un vrin pneumatique est fonction de la
rsistance rencontre, de la pression d'air, de la longueur du rseau
de distribution, de la section entre le practionneur et l'organe
moteur et
du dbit du practionneur. De plus, la vitesse est influence par
l'amortissement en fin de course.
Pour les vrins de srie, la vitesse moyenne du piston varie entre
0,1 et 1,5 m/s. Avec les vrins
spciaux tels que les vrins de percussion, on peut atteindre une
vitesse de 10 m/s. La vitesse du piston
peut tre ralentie l'aide de rducteurs de dbit unidirectionnels
et augmente l'aide de soupapes
d'chappement rapide.
Pour disposer de la quantit d'air ncessaire ou pour dresser un
bilan nergtique, il importe de
connatre avec prcision la consommation en air de l'installation.
Pour une pression de service
dtermine, pour un diamtre de piston et une course donns, la
consommation d'air se calcule comme
suit:
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Consommation d'air = Taux de compression * Surface du piston *
Course
Taux de compression = [1.013 + Pression de service (en bar)] /
1.013
2. MOTEURS PNEUMATIQUES
On appelle moteurs pneumatiques des organes dont la particularit
est de transformer de lnergie pneumatique en mouvement de rotation
mcanique. Ce mouvement peut tre permanent. Le moteur
pneumatique procurant une rotation sans limite dangle compte
aujourdhui parmi les
