Download pdf - 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

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

CPGE PTSI S2I Séquence 1 Systèmes pneumatiques

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TabledesmatièresØ Compétences visées par la séance .............................................................................. 3

1. Chaîne d’énergie............................................................................................................. 4

2. Les vérins pneumatiques............................................................................................... 5

2.1. Fonction .......................................................................................................................... 5 2.2. Constitution .................................................................................................................... 5 2.3. Différents types de vérins .......................................................................................... 6

2.3.1. Vérin simple effet, rappel à ressort ...................................................................... 6 2.3.2. Vérin double effet non amorti ................................................................................ 6 2.3.3. Vérin double effet amorti........................................................................................ 6 2.3.4. Vérin double effet à fin de course magnétique .................................................... 7 2.3.5. Vérin rotatif à crémaillère ...................................................................................... 7 2.3.6. Vérin rotatif à palettes ............................................................................................ 7

2.4. Calcul d’effort ............................................................................................................... 8

3. Les distributeurs........................................................................................................... 8

3.1. Fonction .......................................................................................................................... 8 3.2. Constitution .................................................................................................................... 9 3.3. Désignation ..................................................................................................................... 9 3.4. Représentation symbolique .......................................................................................... 9 3.5. Commande ....................................................................................................................... 9

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

3.6. Différents types de distributeurs ........................................................................... 10

4. Les autres éléments des circuits pneumatiques ..................................................... 12

4.1. Clapet anti-retour ....................................................................................................... 12 4.2. Régulateur de débit .................................................................................................... 12 4.3. Limiteur de pression ................................................................................................... 12 4.4. Réducteur de débit unidirecionnel ........................................................................... 13 4.5. Groupe de conditionnement ....................................................................................... 13 4.6. Ventouse ....................................................................................................................... 14 4.7. Générateur de vide ..................................................................................................... 14


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Ø Compétences visées par la séance

A1 - Identifier le besoin et définir les exigences du système A11 - Identifier le besoin

A2 - Définir les frontières de l'analyse

A21 - Définir la fonction globale

A22 - Identifier les acteurs intéragissant avec le système

A23 - Identifier les interactions entre éléments ou acteurs du système

A3 - Conduire l'analyse A31 - Identifier les éléments d'une chaine d'information/d'énergie

A34 - Décrire l'architecture du système

G1 - Élaborer, rechercher et traiter des informations

G12 – Décoder une représentation normalisée 2D

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

G15 - Trier les informations selon des critères

Ø Introduction Dans l’industrie, beaucoup de systèmes automatisés utilisent des actionneurs pneumatiques. Ce cours propose de présenter les principaux éléments d’un système pneumatique.

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1. Chaîne d’énergie Dans la plupart des utilisations, les éléments pneumatiques vont appartenir à la chaîne d’énergie d’un système.

Structure d’un système technique

Chaîne d’énergie d’un système pneumatique

Source d’énergie pneumatiq

ue

Energie pneumatique

Energie pneumatique

Energie mécanique

Energie mécanique

RACCORD RESEAU / GROUPE DE

CONDITIONNEMENT DISTRIBUTEUR VERIN


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2. Les vérins pneumatiques

2.1. Fonction

Un vérin pneumatique est un actionneur qui convertit une énergie pneumatique en travail mécanique. Un vérin pneumatique est soumis à des pressions d'air comprimé qui permettent d'obtenir des mouvements dans un sens puis dans l'autre. Les mouvements obtenus peuvent être linéaires ou rotatifs.

2.2. Constitution

1. zone d’amortissement 2. aimant 3. zone d’amortissement 4. cylindre 5. bague de guidage 6. joint de tige 7. nez 8. raccord d’entrée 9. détecteur 10. tige 11. bague de guidage 12. piston 13. fond 14. réglage de

l’amortissement

Architecture générale d’un vérin pneumatique

Vérinpneumatique

linéaire

énergie pneumatiquedébit (en m3.s-1)

pression (en N.m-2)

travail mécaniqueeffort (en N)

vitesse (en m.s-1)

Vérinpneumatique

rotatif

énergie pneumatiquedébit (en m3.s-1)

pression (en N.m-2)

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

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2.3. Différents types de vérins

2.3.1. Vérin simple effet, rappel à ressort

L’air comprimé ne fournit un effort que dans un seul sens, le rappel étant assuré par un ressort

Schématisation d’un vérin simple effet

2.3.2. Vérin double effet non amorti

L’air comprimé fournit l’effort à la sortie et à la rentrée de la tige du vérin.

Les vérins non amortis tels que celui représenté ci-dessous sont utilisés en général pour des déplacements de la tige à faible vitesse

2.3.3. Vérin double effet amorti

Le piston est ralenti en fin de course. Les vérins amortis autorisent des vitesses de déplacement de la tige plus élevées qu’en absence d’amortissement.

L’amortissement peut être réglable comme sur la figure ci-dessous, ou non.

Lors du déplacement de la tige l'air peut passer soit par l'orifice N°1, soit par l'orifice N°2. Par contre lorsque la tige obstrue le passage N°2, l'air doit obligatoirement passer par l'orifice N°1. Dans cet orifice on place une vis qui va permettre de régler le débit et ainsi de contrôler l'amortissement du vérin.

1

Normalement sorti

Normalement rentré


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2.3.4. Vérin double effet à fin de course magnétique

Un anneau magnétique autour du piston est détecté par des capteurs qui indiquent ainsi la position de la tige du vérin.

2.3.5. Vérin rotatif à crémaillère

Sur la tige du vérin est taillée une crémaillère entrainant un pignon. L’angle de rotation peut être supérieur à 360°.

2.3.6. Vérin rotatif à palettes

Sur l’axe du vérin est fixée une palette jouant un rôle analogue au piston. En augmentant le nombre de palettes, on augmente le couple. L’angle de rotation est toujours inférieur à 360°.


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2.4. Calcul d’effort

L’effort de l’air sur le piston est donné par la relation:

…………………. • …………………………………………………………… ; …………

• ……………………………………………………….. ...................

• …………………………………………………………. …………………

La pression est souvent exprimée en bar : 1 bar = 0,1 MPa = 0,1 N.mm-2 La surface du piston sur laquelle agit l’air comprimé est différente d’une chambre à l’autre.

3. Les distributeurs

3.1. Fonction

L'énergie pneumatique destinée aux actionneurs pneumatiques doit être distribuée en pression et en débit de façon constante par des composants adaptés. Ils sont situés entre la source d'énergie et les organes moteurs. On classe les distributeurs dans la catégorie des pré-actionneurs ou des interfaces de sortie. Les distributeurs sont définis par deux caractéristiques fonctionnelles:

• Le nombre d'orifices principaux nécessaires au fonctionnement des différents types d'actionneurs, non compris les orifices de pilotage.

• Le nombre de positions, généralement 2, définissant l'une l'état repos l'autre l'état travail. il est possible d'avoir 3 positions, il y aura alors deux positions travail et une position repos.

Ils peuvent être monostables ou bistables.

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

p=


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3.2. Constitution

1. solénoïde 2. piston 3. tiroir avec joints

d’étanchéité 4. corps du distributeur 5. ressort de rappel 6. orifices d’échange 7. indicateur de pression 8. déblocage manuel 9. connecteurs électriques

Exemple de distributeur

3.3. Désignation

La désignation d’un distributeur comprend 2 chiffres :

• Le premier chiffre représente le nombre d’orifices du distributeur, entrée sortie, échappement (à l’exception de la commande).

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

3.4. Représentation symbolique

La représentation d’un distributeur met en évidence : • Les différentes positions (par des carrés montrant à l’intérieur le trajet du

fluide) • Les différents orifices (représentés sur l’état actif) • Les commandes et ressorts de rappel

3.5. Commande

Les distributeurs peuvent être commandés par différentes technologies, ces commandes seront représentées symboliquement.

3.5.1. Manuelle

Manuel (symbole général)

Levier

Bouton poussoir

Pédale

Bouton tirette

Poignée tournante

Bouton poussoir/tirette


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3.5.2. Mécanique

Poussoir

Pression

Ressort (souvent en

rappel) Pression piloté

Galet

Dipositif de maintien en

position

3.5.3. Electrique

Solenoîde ou électro-aimant

direct

Solénoîde pilote et distributeur

pilote et commande manuelle

Solenoîde et distributeur

pilote Moteur

électrique

3.6. Différents types de distributeurs

Type Schéma Utilisation

2/2 Monostable

Préactionneur pour : • Commander un moteur à un sens de

marche • Bloquer une circulation d’air en

l’absence de signal de commande

3/2

Monostable

Préactionneur pour : • Piloter un vérin simple effet • Alimenter un venturi (généralement

associé à une ventouse) Bistable

4/2 Monostable

Préactionneur pour : • Piloter un vérin double effet • Piloter tout actionneur à deux sens de


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Bistable

marche

5/2

Monostable

Préactionneur pour : • Piloter un vérin double effet • Piloter tout actionneur à deux sens de

marche Bistable

5/3

Monostable Centre ouvert

Ce type de distributeur permet la mise à l’atmosphère des deux chambres du vérin en l’absence de commande : • Les masses en mouvement du vérin s’arrêtent

dès que toutes les inerties sont vaincues • Les masses mobiles du vérin sont déplaçables à

la main

Monostable Centre fermé

Ce type de distributeur permet le blocage des deux chambres du vérin en l’absence de commande : • Les masses en mouvement du vérin

s’arrêtent immédiatement • Les masses mobiles du vérin restent

bloquées


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4. Les autres éléments des circuits pneumatiques

4.1. Clapet anti-retour

Ils permettent de n’autoriser le déplacement de l’air que dans un sens.

4.2. Régulateur de débit

Ils permettent de réguler le débit dans un circuit, ils

peuvent être réglable ou non.

4.3. Limiteur de pression

Ils permettent de limiter la pression dans un circuit, ils

peuvent être réglable ou non. Si la pression dépasse le

seuil autorisé, l’air s’échappe du circuit.

ressor

Clapet conique

Corps

Fixe

Réglabl

Fixe

Réglabl


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4.4. Réducteur de débit unidirecionnel

Ils permettent de contrôler la vitesse maximale de la tige du vérin dans un sens et de fournir une vitesse constante sur l’essentiel de la course.

4.5. Groupe de conditionnement

L'air d'un réseau pneumatique est toujours saturé à 100% d'humidité et la condensation survient quand son point de rosée change, en l'occurrence quand la T° baisse. L'air sous pression ne "garde" plus son eau sous forme de vapeur d'eau quand sa T° baisse, la vapeur d'eau se condense et l'eau passe donc en phase liquide. Dans les cuves, les réservoirs, les canalisations l'échange thermique avec l'extérieur est facilité et c'est pour cette raison que l'on y trouve de l'eau condensée. Pour supprimer la vapeur d'eau contenue dans l'air il faut impérativement sécher l'air sous pression et ensuite le distribuer. L'air ainsi séché possède un point de rosée très bas ( -40°C sous pression de 7 bars par exemple avec des sécheurs par adsorption) le taux de vapeur d'eau équivaut dans ce cas à celui qu'aurait 1 m3 d' air ambiant à environ -73 ° C donc un air très sec. Lors du passage de l'air du compresseur à son lieu d'utilisation, l'air s'enrichit en poussière, rouille des tuyaux des canalisations. Il est donc nécessaire de le filtrer pour retirer ces éléments nuisibles au bon fonctionnement des composants, de le lubrifier pour faciliter le déplacement des organes mobiles des composants pneumatiques et d'en contrôler la pression. On utilisera à cet effet une succession de composants, un filtre, un détendeur de pression et un lubrificateur.


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4.6. Ventouse

Ce sont des éléments de préhension souples destinés à être utilisés avec un générateur de vide. De matière, de forme et de diamètre différents elles permettent de répondre pratiquement à tous les cas d'applications de manutention.

4.7. Générateur de vide

Un étranglement prévu à l'intérieur de l'éjecteur provoque une accélération du flux d'air (P) vers l'orifice R qui entraîne l'air ambiant de l'orifice A et provoque ainsi une dépression.

Basé sur le principe de l'effet venturi ces appareils permettent d'obtenir à partir d'une source d'air comprimé à 5 bars, un vide correspondant à 87 % de la pression atmosphérique. Avec le développement de l'automatisation de reprise et d'assemblage, saisir une pièce devient un problème courant. La préhension par le vide est souvent utilisée.

Filtre avec purgeur

automatique

Manomètre

Lubrificateur

Limiteur de pression

P R

A