la chaine d`energie pneumatique

E - La chaine d’énergie pneumatique
TD
LA CHAINE D’ENERGIE PNEUMATIQUE
Cliquer sur l’icône GDA : Guide des automatismes,
Puis sur
2
La partie opérative
Et enfin, 2.2 La chaîne d’action
Vous allez utiliser le logiciel GDA pour comprendre la chaîne
d’énergie pneumatique et vous compléterez ce dossier au
fur et à mesure.
 Sur le logiciel, cliquez sur chaque mot rouge, ou déplacer
la souris pour avoir une information ou des précisions sur la
zone étudiée.
La chaîne d’énergie pneumatique est généralement constituée :



D’un distributeur
D’un vérin
D’un effecteur
 Compléter les rectangles blancs
Consigne…
Entraînement…
Energie…
Le distributeur…
Le vérin…
LA CHAINE D’ENERGIE PNEUMATIQUE
L’effecteur…
1/9
E - La chaine d’énergie pneumatique
TD
I. LE VERIN PNEUMATIQUE
1. Rôle du vérin
Le vérin pneumatique fait partie des actionneurs pneumatiques. L’énergie mécanique
est produite sous forme d’un mouvement permettant de provoquer un déplacement ou de
créer une force.
 Compléter l’actigramme cicontre d’un vérin pneumatique
2. Constitution d’un vérin
Quelque soit le vérin, son type et son constructeur, il sera constitué des mêmes éléments. Le piston est solidaire de la
tige qui peut se déplacer à l’intérieur du corps. Le corps est délimité par le nez et le fond dans lesquels sont aménagés
les orifices d’alimentation en air comprimé.
Les espaces vides qui peuvent être remplis d’air comprimé s’appellent les chambres (chambre avant – chambre arrière).
 Compléter
les noms des
pièces sur la
figure ci-contre
3. Principe de fonctionnement
C’est l’air comprimé, qui pénétrant dans l’une des chambres, pousse sur le piston. La tige se déplace. L’air présent
dans l’autre chambre est donc chassé et évacué du corps du vérin. Le mouvement contraire est obtenu en inversant le
sens de déplacement de l’air.
Phase sortie de la tige du
vérin
 Indiquer par des flèches de couleur la circulation du fluide :
LA CHAINE D’ENERGIE PNEUMATIQUE
Phase rentrée de la tige du
vérin
Rouge :admission
Bleu : échappement
2/9
E - La chaine d’énergie pneumatique
TD
4 Types de vérins
4.1
Le vérin pneumatique double effet
Le piston peut se déplacer librement dans le corps lorsqu’il est poussé par l’air comprimé.
En absence d’air comprimé, il reste en position (tige rentrée ou sortie).
Tige du vérin rentrée
Tige du vérin sortie
 Sur le tableau précédent et suivant, indiquer colonne de gauche le nom des éléments et compléter colonne de
droite le symbole correspondant
4.2
Le vérin pneumatique simple effet
5 Vérins spéciaux
Les fabricants proposent une grande quantité de vérins spéciaux : vérins rotatifs, vireurs, vérins sans tiges, vérins à
tige creuse, micro-vérins, vérins à faible course, vérins anti-rotation…
 Indiquer page suivante, le nom de chaque vérin sous chaque image.
LA CHAINE D’ENERGIE PNEUMATIQUE
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E - La chaine d’énergie pneumatique
TD
6 Caractéristiques et dimensionnement
Outre son type, un vérin se détermine en fonction de paramètres de fonctionnement comme la force à développer et la
vitesse de déplacement de la tige ou de critères techniques (environnement, encombrement, utilisations particulières,
amortissement de fin de course…)
Les choix d’actionneurs conduisent à des calculs de comportement et de dimensions et au choix des composants
complémentaires. Les catalogues de fabricants sont d’une aide précieuse.
6.1
Réglage de vitesse des vérins
La vitesse maximale que peut atteindre la tige d’un vérin est de 2 à 3 m.s -1. De telles vitesses peuvent user
prématurément le matériel. Cette vitesse va dépendre directement de la vitesse avec laquelle la pression « moteur » prend
le pas sur la pression résistante. Si la pression s’établissait instantanément dans la chambre arrière tandis que l’air
comprimé s’échappait instantanément de la chambre avant, la tige de vérin sortirait à la pression maximale. Si on empêche
l’air comprimé de s’échapper de la chambre avant, la tige de vérin ne pourra sortir totalement (l’air sera comprimé par la
poussée du piston et la pression résistante de viendra suffisante pour créer un effort d’opposition supérieur à l’effort de
poussée).
Le réglage de la vitesse va donc se faire en jouant sur le débit d’échappement de l’air comprimé.
Une restriction placée sur la canalisation d’échappement permet de régler ce débit.
6.2
Réducteur de débit unidirectionnel
 Effectuer le réglage du réducteur de vitesse
arrière à 15 %.
 Quelle est la position occupée par la tige du
vérin ?…
Représenter alors le piston et sa tige sur le
schéma ci-contre.
 Représenter la position des deux clapets
anti-retour.
LA CHAINE D’ENERGIE PNEUMATIQUE
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E - La chaine d’énergie pneumatique
TD
 Faire sortir le vérin en appuyant sur la
commande de gauche du distributeur.
 La tige du vérin sort rapidement ou
doucement ?…
 Représenter alors le piston et sa tige sur le
schéma ci-contre à la fin de la sortie du piston
 Représenter la position des deux clapets
anti-retour.
 Faire rentrer la tige due vérin en appuyant
sur la commande de droite du distributeur.
 La tige du vérin rentre rapidement ou
doucement ?…
 Représenter alors le piston et sa tige sur
le schéma ci-contre à la fin de la rentrée du piston
 Représenter la position des deux clapets
anti-retour.
 Conclusion par rapport à l’animation effectuée :……..
Détermination de la course du vérin
La course est choisie en fonction du déplacement à réaliser.
 Compléter le nom des flèches ci-dessous.
LA CHAINE D’ENERGIE PNEUMATIQUE
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E - La chaine d’énergie pneumatique
6.3
TD
Détermination du diamètre
Le diamètre du piston est en rapport direct avec l’effort axial développé par le vérin
o
Effort théorique de sortie de tige : l’air comprimé situé dans la chambre arrière applique
une poussée sur tout la surface qui l’emprisonne – entre autre, sur toute la surface du
piston. Il en résulte un effort axial théorique développé par le vérin et transmis en bout de
tige
 Compléter l’image cicontre.
Ft =
o
6.4
Effort de rentrée de tige :
Calculs et unités pratiques
LA CHAINE D’ENERGIE PNEUMATIQUE
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E - La chaine d’énergie pneumatique
TD
II. LE DISTRIBUTEUR PNEUMATIQUE
1. Rôle du distributeur
Les chambres d’un vérin en fonctionnement,
doivent être, alternativement mises à la pression
et à l’échappement. Il n’est pas question de
modifier les branchements des différents tuyaux.
Le distributeur aura pour rôle de réaliser les deux
configurations possibles de branchements, en
fonction d’un signal de commande extérieur.
 Compléter sur la figure ci-contre le nom
des deux triangles.
2. Principe de fonctionnement
Schématiquement, un distributeur sera constitué d’un tiroir percé de canalisations. Ce tiroir pourra occuper (en
glissant) deux positions différentes à l’intérieur du corps.
Le distributeur schématisé sert à alimenter un vérin double effet (puisqu’on a prévu deux canalisations vers le vérin).
Phase rentrée de la tige
Phase sortie de la tige
 Représenter en couleur rouge la pression et en bleue l’échappement sur les triangles, les traits et les cases des
deux figures ci-dessus.
3. Principe de désignation
Un distributeur sera identifié par le nombre de tuyaux que l’on
peut connecter (on parle alors d’orifices) et le nombre de positions que
peut occuper le tiroir.
Le distributeur présenté a quatre orifices : une alimentation
en pression, un échappement, une connexion avec la chambre
avant, une connexion avec la chambre arrière, et deux positions.
 Compléter l’image à l’aide des mots précédents.
LA CHAINE D’ENERGIE PNEUMATIQUE
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E - La chaine d’énergie pneumatique
TD
Si le distributeur possède une commande
par ressort, il est monostable (ou à simple
pilotage). Seule la position obtenue grâce au
ressort est stable: en l'absence d'un signal
de pilotage extérieur, le tiroir se place
automatiquement dans la position du
ressort.
Si le distributeur possède deux pilotages de
même nature, il est bistable (ou à double
pilotage). Les deux positions sont des
positions stables en l'absence d'un signal de
commande extérieure, le tiroir ne bouge pas
et reste dans la position qu'il occupe.
Attention: le choix d'une commande stable ou bistable dépend exclusivement des considérations liées à la partie
commande. Une erreur trop fréquente consiste à penser qu'il y a un rapport entre un vérin simple effet et un distributeur
monostable !
 Compléter les symboles dans le tableau ci-dessus.
……..
……..
……..
……..
Exemple de désignation :
……..
Distributeur 4/2 bistable à commande
manuelle
 Indiquer la désignation des 5 distributeurs ci-dessus..
LA CHAINE D’ENERGIE PNEUMATIQUE
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E - La chaine d’énergie pneumatique
TD
 A l’aide de l’exercice sur les distributeurs, compléter le tableau ci-dessous en donnant le nom du distributeur
( 1° colonne ), sa ou ses commande(s) ( 2° colonne ), et en représentant les flèches dans le distributeur ( 3°
colonne.
Distributeur
A commande
……..
……..
……..
……..
……..
……..
Compléter le schéma
……..
……..
……..
……..
……..
LA CHAINE D’ENERGIE PNEUMATIQUE
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E : Chaîne d’énergie électropneumatique
Simulation d’un vérin avec le logiciel GDA
LA CHAINE D’ENERGIE PNEUMATIQUE : SIMULATION AVEC
LE LOGICIEL GDA.
CYCLE D’ALLER – RETOUR D’UN VERIN SIMPLE EFFET.
L’aide informatique situé sur le blog STI2D Fourier va vous permettre de réaliser l’animation du schéma
électropneumatique et de répondre aux questions posées sur ce dossier.
Analyse du schéma
 Ouvrir le fichier « 1_verin_simple_effet.gds »
 Exécuter la commande pour chacun des composants du schéma représenté comme indiqué sur le blog.
 Compléter page suivante, la nomenclature des composants définis sur le schéma ci-dessous :
1° colonne : repère du composant
2° colonne : désignation,
3° colonne : schéma normalisé,
4° colonne : pour les composants 11 et 13, expliquer sommairement le fonctionnement à l’aide d’un texte
et d’un dessin.
Remarques : photos et vues en coupe
L'icône "photo" permet, lorsque la case est cochée, d'afficher une fenêtre séparée du simulateur (il est possible de la
déplacer, y compris sur un second écran). Dés l'instant où cette commande a été sélectionnée, chaque clic sur un
composant affichera une photo et, éventuellement, une vue en coupe animée expliquant le fonctionnement de ce
composant.
2
3
4
12
13
5
14
6
15
11
16
17
7
1
8
9
10
Simulation de la chaîne électropneumatique avec GDA.
1/4
E : Chaîne d’énergie électropneumatique
Simulation d’un vérin avec le logiciel GDA
Nomenclature des composants :
Repère
Désignation du composant
1
……….
2
……….
3
……….
4
……….
5
……….
6
……….
7
……….
8
……….
9
……….
10
……….
11
……….
12
……….
13
……….
14
……….
15
……….
16
……….
17
……….
Schéma normalisé
Caractéristiques de fonctionnement
Composant 11
Composant 13
 Fermer la simulation.
Simulation de la chaîne électropneumatique avec GDA.
2/4
E : Chaîne d’énergie électropneumatique
Simulation d’un vérin avec le logiciel GDA
CYCLE D’ALLER – RETOUR D’UN VERIN DOUBLE EFFET
Calques
Le simulateur permet de dessiner un ensemble de circuits dans 3 calques réunis dans un
même dossier. Les trois calques communiquent entre eux et la simulation est continue
d'un calque à l'autre.
Il est possible de copier ou déplacer tout ou partie d'un schéma d'un calque à l'autre.
La navigation entre les 3 calques se fait en cliquant sur les onglets situés en bas à droite
de l'écran.
Construction du schéma « Vérin double
effet – distributeur 4/2 bistable »
 Ouvrir le calque « 2 » du fichier « 1_verin_simple_effet.gds »
 Réaliser le schéma comme indiqué sur le fichier animation allerretour du vérin double effet situé sur le blog.
 Exécuter la commande pour simuler l’aller-retour du vérin double
effet, puis fermer la simulation.
1. Construction du schéma « Vérin
double effet – distributeur 4/2
bistable – Régulateur de débit
unidirectionnel »
 Ouvrir le calque « 2 » du fichier « 1_verin_simple_effet.gds »
 Modifier le schéma comme indiqué ci-contre.
 Exécuter la commande pour simuler l’aller-retour du vérin double
effet.
En mode simulation, le limiteur est animé et la bille du clapet antiretour se décolle de son siège si la pression
la pousse vers le haut.
En cours de simulation, il est possible, en
cliquant sur le composant, de régler le taux
d'ouverture du régleur de débit. Ce choix est actif dés qu'on appuie sur le bouton
OK.
Lors de la sauvegarde, les réglages des limiteurs sont enregistrés.
Par défaut, le taux de tous les limiteurs est de 100%.
 Fermer la simulation
Simulation de la chaîne électropneumatique avec GDA.
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E : Chaîne d’énergie électropneumatique
Simulation d’un vérin avec le logiciel GDA
Vérin double effet dans quatre positions.
 Représenter le schéma du vérin double effet avec ses régulateurs de débit unidirectionnel dans les quatre
positions ci-dessous en vous aidant de la simulation.
Simulation tige rentrée
Simulation tige sortante
Simulation tige sortie
Simulation tige rentrante
Simulation de la chaîne électropneumatique avec GDA.
4/4
E : Chaîne d’énergie électropneumatique
Simulation d’un vérin double effet avec le logiciel GDA
LA CHAINE D’ENERGIE PNEUMATIQUE : SIMULATION AVEC
LE LOGICIEL GDA.
CYCLE D’ALLER – RETOUR D’UN VERIN DOUBLE EFFET
L’aide informatique situé sur le blog STI2D Fourier va vous permettre de réaliser l’animation du schéma
électropneumatique et de répondre aux questions posées sur ce dossier.
Analyse du schéma
 Ouvrir le fichier « 2_verin_double_effet.gds »
 A l’aide du logiciel, compléter le schéma ci-dessous en représentant les composants manquants 6 et 7.
 Compléter page suivante, la nomenclature des composants définis sur le schéma ci-dessous :
1° colonne : repère du composant
2° colonne : désignation,
3° colonne : schéma normalisé,
Pour les composants 1 et 6, expliquer sommairement le fonctionnement à l’aide d’un texte et d’un dessin.
1
2
3
4
5
9
6
6
8
7
15
14
10
10
11
12
13
Simulation de la chaîne électropneumatique avec GDA : vérin double effet.
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E : Chaîne d’énergie électropneumatique
Simulation d’un vérin double effet avec le logiciel GDA
Nomenclature des composants :
Repère
Désignation du
composant
Schéma normalisé
Repère
Désignation du
composant
1
……….
8
……….
2
……….
9
……….
3
……….
10
……….
4
……….
11
……….
5
……….
12
……….
6
……….
13
……….
7
……….
14
……….
Schéma normalisé
Caractéristiques de fonctionnement
Composant 1
Composant 6
Vérin double effet dans deux positions.
 Représenter le schéma du vérin double effet avec ses régulateurs de débit unidirectionnel dans les quatre
positions ci-dessous en vous aidant de la simulation.
Simulation tige rentrée
Simulation tige sortie
Simulation de la chaîne électropneumatique avec GDA : vérin double effet.
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E : Chaîne d’énergie électropneumatique
Simulation d’un vérin double effet avec le logiciel GDA
Simulation du fonctionnement
1. Mise sous tension : « appuis sur men »
 Représenter le contact
« men » en position
fermée.
 Colorier en rouge le
circuit électrique en
conséquence.
 Quels sont les effets sur
le système ?
2. Mise en
marche : « appuis
sur marche »
 Représenter le contact
« men » et le contact
« marche » en position
fermée.
 Colorier en rouge le circuit
électrique en conséquence.
 Quels sont les effets sur le
système ?
Simulation de la chaîne électropneumatique avec GDA : vérin double effet.
3/4
E : Chaîne d’énergie électropneumatique
Simulation d’un vérin double effet avec le logiciel GDA
3. Auto alimentation : « arrêt de l’appuis sur marche »
 Représenter le contact
« men » en position fermée
et le contact « marche » à
nouveau en position
ouverte
 Colorier en rouge le
circuit électrique en
conséquence.
 Quels sont les effets sur
le système ?
4. Arrêt : « appuis sur arrêt »
 Représenter le contact
« men » en position fermée
et le contact « arrêt » en
position ouverte.
 Colorier en rouge le
circuit électrique en
conséquence.
 Quels sont les effets sur
le système ?
Simulation de la chaîne électropneumatique avec GDA : vérin double effet.
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