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LYCEE CHAPTAL Cours PTSI Séquence 1 Analyse fonctionnelle des systèmes CPGE PTSI/PT* Classe entière A1 - Identifier le besoin et définir les exigences du système A2 - Définir les frontières de l'analyse A3 - Conduire l'analyse D1 - Découvrir le fonctionnement d’un système complexe G1 - Élaborer, rechercher et traiter des informations 2h 2017/2018 Systèmes pneumatiques Sciences Industrielles pour l’Ingénieur

Systèmes pneumatiques Sciences - s2i.chaptal.free.frs2i.chaptal.free.fr/SI/S1/C2.pdf · Cours PTSI Séquence 1 Analyse fonctionnelle des systèmes CPGE PTSI/PT* Classe entière

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  • LYCEE CHAPTAL

    Cours

    PTSI

    Squence 1

    Analyse fonctionnelle des

    systmes

    CPGE

    PTSI/PT*

    Classe

    entire

    A1 - Identifier le besoin et dfinir les exigences du systme

    A2 - Dfinir les frontires de l'analyse

    A3 - Conduire l'analyse

    D1 - Dcouvrir le fonctionnement dun systme complexe

    G1 - laborer, rechercher et traiter des informations

    2h

    2017/2018

    Systmes pneumatiques

    Sciences Industrielles

    pour lIngnieur

  • CPGE PTSI S2I Squence 1 Systmes pneumatiques

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    Tabledesmatires Comptences vises par la sance .............................................................................. 3 1. Chane dnergie............................................................................................................. 4 2. Les vrins pneumatiques............................................................................................... 5

    2.1. Fonction .......................................................................................................................... 5 2.2. Constitution .................................................................................................................... 5 2.3. Diffrents types de vrins .......................................................................................... 6

    2.3.1. Vrin simple effet, rappel ressort ...................................................................... 6 2.3.2. Vrin double effet non amorti ................................................................................ 6 2.3.3. Vrin double effet amorti........................................................................................ 6 2.3.4. Vrin double effet fin de course magntique .................................................... 7 2.3.5. Vrin rotatif crmaillre ...................................................................................... 7 2.3.6. Vrin rotatif palettes ............................................................................................ 7

    2.4. Calcul deffort ............................................................................................................... 8 3. Les distributeurs........................................................................................................... 8

    3.1. Fonction .......................................................................................................................... 8 3.2. Constitution .................................................................................................................... 9 3.3. Dsignation ..................................................................................................................... 9 3.4. Reprsentation symbolique .......................................................................................... 9 3.5. Commande ....................................................................................................................... 9

    3.5.1. Manuelle ...................................................................................................................... 9 3.5.2. Mcanique ................................................................................................................. 10 3.5.3. Electrique ................................................................................................................. 10

    3.6. Diffrents types de distributeurs ........................................................................... 10 4. Les autres lments des circuits pneumatiques ..................................................... 12

    4.1. Clapet anti-retour ....................................................................................................... 12 4.2. Rgulateur de dbit .................................................................................................... 12 4.3. Limiteur de pression ................................................................................................... 12 4.4. Rducteur de dbit unidirecionnel ........................................................................... 13 4.5. Groupe de conditionnement ....................................................................................... 13 4.6. Ventouse ....................................................................................................................... 14 4.7. Gnrateur de vide ..................................................................................................... 14

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    Comptences vises par la sance

    A1 - Identifier le besoin et dfinir les exigences du systme A11 - Identifier le besoin

    A2 - Dfinir les frontires de l'analyse

    A21 - Dfinir la fonction globale

    A22 - Identifier les acteurs intragissant avec le systme

    A23 - Identifier les interactions entre lments ou acteurs du systme

    A3 - Conduire l'analyse A31 - Identifier les lments d'une chaine d'information/d'nergie

    A34 - Dcrire l'architecture du systme

    G1 - laborer, rechercher et traiter des informations

    G12 Dcoder une reprsentation normalise 2D

    G14 - Effectuer une synthse des informations disponibles dans un dossier technique

    G15 - Trier les informations selon des critres

    Introduction Dans lindustrie, beaucoup de systmes automatiss utilisent des actionneurs pneumatiques. Ce cours propose de prsenter les principaux lments dun systme pneumatique.

    1 2

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    1. Chane dnergie Dans la plupart des utilisations, les lments pneumatiques vont appartenir la chane dnergie dun systme.

    Structure dun systme technique

    Chane dnergie dun systme pneumatique

    Source dnergie pneumatiq

    ue

    Energie pneumatique

    Energie pneumatique

    Energie mcanique

    Energie mcanique

    RACCORD RESEAU / GROUPE DE

    CONDITIONNEMENT DISTRIBUTEUR VERIN

  • CPGE PTSI S2I Squence 1 Systmes pneumatiques

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    2. Les vrins pneumatiques 2.1. Fonction Un vrin pneumatique est un actionneur qui convertit une nergie pneumatique en travail mcanique. Un vrin pneumatique est soumis des pressions d'air comprim qui permettent d'obtenir des mouvements dans un sens puis dans l'autre. Les mouvements obtenus peuvent tre linaires ou rotatifs.

    2.2. Constitution

    1. zone damortissement 2. aimant 3. zone damortissement 4. cylindre 5. bague de guidage 6. joint de tige 7. nez 8. raccord dentre 9. dtecteur 10. tige 11. bague de guidage 12. piston 13. fond 14. rglage de

    lamortissement

    Architecture gnrale dun vrin pneumatique

    Vrinpneumatique

    linaire

    nergie pneumatiquedbit (en m3.s-1)

    pression (en N.m-2)

    travail mcaniqueeffort (en N)

    vitesse (en m.s-1)

    Vrinpneumatique

    rotatif

    nergie pneumatiquedbit (en m3.s-1)

    pression (en N.m-2)

    travail mcaniquecouple (en N.m)vitesse (en rad.s-1)

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    2.3. Diffrents types de vrins

    2.3.1. Vrin simple effet, rappel ressort

    Lair comprim ne fournit un effort que dans un seul sens, le rappel tant assur par un ressort

    Schmatisation dun vrin simple effet

    2.3.2. Vrin double effet non amorti

    Lair comprim fournit leffort la sortie et la rentre de la tige du vrin.

    Les vrins non amortis tels que celui reprsent ci-dessous sont utiliss en gnral pour des dplacements de la tige faible vitesse

    2.3.3. Vrin double effet amorti

    Le piston est ralenti en fin de course. Les vrins amortis autorisent des vitesses de dplacement de la tige plus leves quen absence damortissement.

    Lamortissement peut tre rglable comme sur la figure ci-dessous, ou non.

    Lors du dplacement de la tige l'air peut passer soit par l'orifice N1, soit par l'orifice N2. Par contre lorsque la tige obstrue le passage N2, l'air doit obligatoirement passer par l'orifice N1. Dans cet orifice on place une vis qui va permettre de rgler le dbit et ainsi de contrler l'amortissement du vrin.

    1

    Normalement sorti

    Normalement rentr

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    2.3.4. Vrin double effet fin de course magntique Un anneau magntique autour du piston est dtect par des capteurs qui indiquent ainsi la position de la tige du vrin.

    2.3.5. Vrin rotatif crmaillre

    Sur la tige du vrin est taille une crmaillre entrainant un pignon. Langle de rotation peut tre suprieur 360.

    2.3.6. Vrin rotatif palettes

    Sur laxe du vrin est fixe une palette jouant un rle analogue au piston. En augmentant le nombre de palettes, on augmente le couple. Langle de rotation est toujours infrieur 360.

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    2.4. Calcul deffort Leffort de lair sur le piston est donn par la relation:

    . ;

    .. ...................

    .

    La pression est souvent exprime en bar : 1 bar = 0,1 MPa = 0,1 N.mm-2 La surface du piston sur laquelle agit lair comprim est diffrente dune chambre lautre.

    3. Les distributeurs 3.1. Fonction

    L'nergie pneumatique destine aux actionneurs pneumatiques doit tre distribue en pression et en dbit de faon constante par des composants adapts. Ils sont situs entre la source d'nergie et les organes moteurs. On classe les distributeurs dans la catgorie des pr-actionneurs ou des interfaces de sortie. Les distributeurs sont dfinis par deux caractristiques fonctionnelles:

    Le nombre d'orifices principaux ncessaires au fonctionnement des diffrents types d'actionneurs, non compris les orifices de pilotage.

    Le nombre de positions, gnralement 2, dfinissant l'une l'tat repos l'autre l'tat travail. il est possible d'avoir 3 positions, il y aura alors deux positions travail et une position repos.

    Ils peuvent tre monostables ou bistables.

    2 2(D d )F p 4-p=2DF p 4

    p=

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    3.2. Constitution

    1. solnode 2. piston 3. tiroir avec joints

    dtanchit 4. corps du distributeur 5. ressort de rappel 6. orifices dchange 7. indicateur de pression 8. dblocage manuel 9. connecteurs lectriques

    Exemple de distributeur

    3.3. Dsignation La dsignation dun distributeur comprend 2 chiffres :

    Le premier chiffre reprsente le nombre dorifices du distributeur, entre sortie, chappement ( lexception de la commande).

    Le second indique le nombre positions que peut prendre le tiroir du distributeur.

    3.4. Reprsentation symbolique La reprsentation dun distributeur met en vidence : Les diffrentes positions (par des carrs montrant lintrieur le trajet du

    fluide) Les diffrents orifices (reprsents sur ltat actif) Les commandes et ressorts de rappel

    3.5. Commande Les distributeurs peuvent tre commands par diffrentes technologies, ces commandes seront reprsentes symboliquement.

    3.5.1. Manuelle

    Manuel (symbole gnral)

    Levier

    Bouton poussoir

    Pdale

    Bouton tirette

    Poigne tournante

    Bouton poussoir/tirette

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    3.5.2. Mcanique

    Poussoir

    Pression

    Ressort (souvent en

    rappel) Pression pilot

    Galet

    Dipositif de maintien en

    position

    3.5.3. Electrique

    Solenode ou lectro-aimant

    direct

    Solnode pilote et distributeur

    pilote et commande manuelle

    Solenode et distributeur

    pilote Moteur

    lectrique

    3.6. Diffrents types de distributeurs Type Schma Utilisation

    2/2 Monostable

    Practionneur pour : Commander un moteur un sens de

    marche Bloquer une circulation dair en

    labsence de signal de commande

    3/2

    Monostable

    Practionneur pour : Piloter un vrin simple effet Alimenter un venturi (gnralement

    associ une ventouse) Bistable

    4/2 Monostable

    Practionneur pour : Piloter un vrin double effet Piloter tout actionneur deux sens de

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    Bistable

    marche

    5/2

    Monostable

    Practionneur pour : Piloter un vrin double effet Piloter tout actionneur deux sens de

    marche Bistable

    5/3

    Monostable Centre ouvert

    Ce type de distributeur permet la mise latmosphre des deux chambres du vrin en labsence de commande : Les masses en mouvement du vrin sarrtent

    ds que toutes les inerties sont vaincues Les masses mobiles du vrin sont dplaables

    la main

    Monostable Centre ferm

    Ce type de distributeur permet le blocage des deux chambres du vrin en labsence de commande : Les masses en mouvement du vrin

    sarrtent immdiatement Les masses mobiles du vrin restent

    bloques

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    4. Les autres lments des circuits pneumatiques 4.1. Clapet anti-retour

    Ils permettent de nautoriser le dplacement de lair que dans un sens.

    4.2. Rgulateur de dbit Ils permettent de rguler le dbit dans un circuit, ils

    peuvent tre rglable ou non.

    4.3. Limiteur de pression

    Ils permettent de limiter la pression dans un circuit, ils

    peuvent tre rglable ou non. Si la pression dpasse le

    seuil autoris, lair schappe du circuit.

    ressor

    Clapet conique

    Corps

    Fixe

    Rglabl

    Fixe

    Rglabl

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    4.4. Rducteur de dbit unidirecionnel Ils permettent de contrler la vitesse maximale de la tige du vrin dans un sens et de fournir une vitesse constante sur lessentiel de la course.

    4.5. Groupe de conditionnement L'air d'un rseau pneumatique est toujours satur 100% d'humidit et la condensation survient quand son point de rose 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 rservoirs, les canalisations l'change thermique avec l'extrieur est facilit et c'est pour cette raison que l'on y trouve de l'eau condense. Pour supprimer la vapeur d'eau contenue dans l'air il faut imprativement scher l'air sous pression et ensuite le distribuer. L'air ainsi sch possde un point de rose trs bas ( -40C sous pression de 7 bars par exemple avec des scheurs par adsorption) le taux de vapeur d'eau quivaut dans ce cas celui qu'aurait 1 m3 d' air ambiant environ -73 C donc un air trs sec. Lors du passage de l'air du compresseur son lieu d'utilisation, l'air s'enrichit en poussire, rouille des tuyaux des canalisations. Il est donc ncessaire de le filtrer pour retirer ces lments nuisibles au bon fonctionnement des composants, de le lubrifier pour faciliter le dplacement des organes mobiles des composants pneumatiques et d'en contrler la pression. On utilisera cet effet une succession de composants, un filtre, un dtendeur de pression et un lubrificateur.

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    4.6. Ventouse Ce sont des lments de prhension souples destins tre utiliss avec un gnrateur de vide. De matire, de forme et de diamtre diffrents elles permettent de rpondre pratiquement tous les cas d'applications de manutention.

    4.7. Gnrateur de vide Un tranglement prvu l'intrieur de l'jecteur provoque une acclration du flux d'air (P) vers l'orifice R qui entrane l'air ambiant de l'orifice A et provoque ainsi une dpression.

    Bas sur le principe de l'effet venturi ces appareils permettent d'obtenir partir d'une source d'air comprim 5 bars, un vide correspondant 87 % de la pression atmosphrique. Avec le dveloppement de l'automatisation de reprise et d'assemblage, saisir une pice devient un problme courant. La prhension par le vide est souvent utilise.

    Filtre avec purgeur

    automatique

    Manomtre

    Lubrificateur

    Limiteur de pression

    P R

    A