C60 Schematisation hydraulique (1)

CPGE / Sciences Industrielles pour l’Ingénieur Schématisation hydraulique

�: C60 Schématisation hydraulique.doc- Page 1 sur 6 Créé le 14/03/2011 –

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SCHEMATISATION HYDRAULIQUE

La transmission mécanique de puissance de l’endroit où elle est produite (moteur) à l’endroit où elle est utilisée (actionneur) nécessite l’utilisation d’engrenages, de réducteurs, de courroies, de tringlerie,… Cette transmission mécanique est complexe, elle n’est possible que si les différents composants sont parfaitement positionnés les uns par rapport aux autres et relativement proches. La transmission hydraulique de la puissance s’affranchit de ces contraintes en transportant l’énergie par conduites flexibles. Exemple : le tracto-pelle. Un moteur thermique central transforme l’énergie chimique en énergie mécanique, une pompe hydraulique transforme cette énergie mécanique en énergie hydraulique, elle est ensuite distribuée par des conduites flexibles là où elle est utile. A savoir : moteur hydraulique de chaque roue, vérin de godet, de bras, d’avant-bras, d’orientation, de pelle… Cette transmission hydraulique présente toutefois deux désavantages par rapport à une transmission mécanique : son faible rendement, de l’ordre de 0.25, et son manque de précision dans le positionnement. La puissance hydraulique est donnée par PHYD=p Q, p est la pression exprimée en Pascals et Q le débit en m3/s. On rencontre deux types de circuits : • Circuits hydrauliques : le fluide est de l’huile ou de l’eau. La faible compressibilité de ce fluide

permet de transporter de fortes puissances (Engin de travaux publics, Pression de l’ordre de 200 bars)

• Circuits pneumatiques : le fluide est de l’air. Du fait de sa compressibilité l’air ne permet pas de transporter de fortes puissances. Son emploi est réservé aux petits systèmes. (Distributeur de pellicules photos Pmaxi=4 bars). Avantage par rapport à l’huile, l’air est gratuit et propre (industrie alimentaire), ou à la commande des circuits hydrauliques de fortes puissances.

COMPOSANTS DES CIRCUITS HYDRAULIQUES Les différents composants d’un système hydraulique sont représentés par des symboles normalisés qui permettent de construire des schémas. Tous ces composants sont répertoriés dans la documentation fournie. Vérins : Ce sont des actionneurs, ils transforment l’énergie hydraulique fournie par le circuit en énergie mécanique utilisé par le mécanisme. Exemple : Vérin double effet à simple tige

L’équilibre du piston donne F = p.S, F est l’action mécanique de l’extérieur, p la pression et S la surface de piston. Ceci montre que la pression qui règne dans le circuit est fixée par l’action mécanique extérieure.

Pompes (huile) et compresseur (air) : Elles transforment l’énergie fournie par un moteur thermique ou électrique en énergie hydraulique fournie au circuit. La pompe fixe le débit dans le circuit : Q= 2Π ω C, C étant la cylindrée ou volume de fluide expulsé par tour et ω la vitesse de rotation du moteur. Exemple : Compresseur à cylindrée variable à deux sens de flux actionné par un moteur électrique

M

huile air entrant (moteur) Sortant (pompe)

Moteur électrique

Deuxieme sens de circulation si l’on change le sens de rotation du moteur

Cylindrée réglable

P F



Ce symbole est bien souvent remplacé par un autre ne précisant pas comment est réalisée la mise sous pression du circuit:

Hydraulique pneumatique

Moteurs : Ils transforment l’énergie hydraulique fournie par le circuit en énergie mécanique. Distributeurs : Ils orientent le débit dans le circuit hydraulique et notamment vers les actionneurs. Ils se composent d’un corps dans lequel sont percés des orifices et d’un tiroir se déplaçant dans ce corps. La position du tiroir défini la communication entre ses orifices. La manière de commander le déplacement du tiroir est indiquée du coté de la position correspondante. Exemple : Distributeur 5/2 (5 orifices, 2 positions) a commande pneumatique et par un ressort

Capteurs : Ils donnent des informations sur l’état de la partie opérative. Par exemple, un distributeur 3/2 à commande par galet et ressort peut faire office de capteur de fin de course. Le galet étant actionné par le bout du vérin.

Conduites : Elles assurent le transfert du fluide. Conduite de puissance (partie opérative) Conduite de pilotage (partie commande) Limiteurs de pression : Montés en série dans les circuits hydrauliques ils ouvrent le circuit dès que la pression est trop élevée. Le débit devient alors nul. En contrôlant ainsi la pression maximale qui circule dans un circuit on peut protéger les actionneurs contre des surcharges destructrices ou alors épargner le personnel coincé dans la machine. Exemple : Limiteur de pression réglable

Réducteurs de débit : En contrôlant le débit dans les circuits hydrauliques ils permettent de régler les vitesses de déplacement des vérins. Exemple : Réducteur de débit unidirectionnel réglable

POSITION

ORIFICES

COMMANDE DE LA POSITION



Distinction monostable-bistable Un composant, distributeur ou vérin, qui possède deux positions peut être bistable (double effet) ou monostable (simple effet). Cette différence se répercute sur le grafcet qui doit tenir compte du maintien ou non de la position.

• Bistable : les deux positions sont des positions d’équilibre. Un ordre le met dans une position, l’absence d’ordre le laisse dans cette position, un autre ordre lui fait changer de position. Exemple : distibuteur 5/2 bistable et vérin bistable

SORTIR VERIN RENTRER VERIN

• Monostable : Une seule des deux positions est une position d’équilibre. Un ordre le met dans

la position instable, l’absence d’ordre le ramène dans la position stable. Exemple : distributeur 5/2 monostable et vérin monostable

SORTIR VERIN

EXEMPLE : COMMANDE DE VERIN Commande manuelle du vérin La rentrée et la sortie du vérin est commandé par un distributeur 5/2 lui même commandé pneumatiquement par un distributeur 3/2 actionné manuellement par l’opérateur. Le distributeur 5/2 aurait pu être commandé directement par l’opérateur. Toutefois cette solution n’est pas retenue car elle expose l’opérateur au danger en le mettant directement en contact avec le circuit de puissance (comme en électricité ou l’on utilise des relais pour commander les circuits de puissance). Le schéma technologique de ce circuit est le suivant :

MOTEURPOMPE

ACTION MANUELLE

MOTEURPOMPE

200 Bars4 Bars

ACTION MANUELLE

MOTEURPOMPEMOTEURPOMPE

200 Bars4 Bars



Ce qui peut se représenter par deux schémas hydrauliques. On n’en retiendra qu’un, généralement celui représentant l’état repos du système

M M

CIRCUIT DE PUISSANCE CIRCUIT DE COMMANDE

M M

CIRCUIT DE PUISSANCE CIRCUIT DE COMMANDE

Commande automatique du retour du vérin La sortie du vérin est commandée manuellement, son retour s’effectue automatiquement dès qu’il est complètement sorti. Il est donc nécessaire de rajouter un capteur de fin de course. Le fonctionnement est décrit par un grafcet géré par un automate programmable.

Commande d’un vérin monostable Ici le vérin bistable est remplacé par un vérin monostable dont le retour est commandé par un ressort. Le grafcet de commande est donc différent, le circuit hydraulique aussi.

marche

10

SORTIR VERIN 20

AUTOMATE PROGRAMMABLE

RENTRER VERIN 30

marche

verin sorti

SORTIR VERIN RENTRER VERIN

verin sorti

10

SORTIR VERIN 20

AUTOMATE PROGRAMMABLE

30

marche

verin sorti

SORTIR VERIN

verin sorti

marche



Régler la vitesse de sortie du vérin bistable Pour contrôler la vitesse de sortie du vérin il suffit de contrôler son débit. Le débit d’un vérin est donné par la relation Q=V S, V étant la vitesse du piston et S sa surface. Pour éviter les à coups lors de la sortie du vérin on ne règle pas directement le débit entrant mais plutôt le débit sortant ou débit d’échappement. Le régulateur utilisé ici est unidirectionnel réglable : dans un sens le fluide passe par le clapet, pas de régulation, dans l’autre sens il est obligé de passer par l’étranglement réglable.

Régler l’effort maxi du vérin Pour contrôler l’action mécanique maximale que peut exercer le vérin il suffit d’introduire dans le circuit un limiteur de pression. Lorsque la pression maximale est atteinte le limiteur de pression ouvre le circuit, le débit devient nul, le vérin stoppe son mouvement jusqu’à ce que la pression redevienne normale.



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