Pneumatique_elkhalidy

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SOMMAIRE Présentation du module

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Résumé de théorie I. INTRODUCTION……………………………………………… I.1Comparaison de mode de travail des trois énergies…… II. LOIS ET PROPRIETES PHYSIQUES DE L’AIR COMPRIME II.1 La force……………………………………………… II.2. La pression…………………………………………. II.3.Le débit………………………………………………. II.4 Principe de pascal …………………………………. II.5 Loi de Gay Lussac……………………………………. II.6 Loi de Mariotte……………………………………….. III. L’AIR COMPRIME : PRODUCTION, DISTRIBUTION III.1 Production de l’air comprimé……………………….. III.1.1 Niveau de pression………………………… III.1.2 Déshydratation de l’air comprimé……….. III.1.3 Les compresseurs……………………………. III.1.4 Maintenance des compresseurs…………….. III.2 Distribution de l’air comprimé et perte de charge… IV. CONDITIONNEMENT D’AIR COMPRIME IV.1 Filtration…………………………………………………. IV.2 Régulation………………………………………………… IV.3 Lubrification………………………………………….…… V. LES COMPOSANTS DES SYSTEMES PNEUMATIQUES V.1 Structure et cheminement du signal pneumatique…….. V.2 Les distributeurs……………………………………………. V.3 Les organes moteurs V.3.1 Vérin à simple effet………………………………… V.3.2 Vérin à double effet ………………………………… V.3.3 Alimentation des vérins pneumatiques……………. V.3.4 Calcul des forces d’un vérin…………………………. V.3.5 Caractéristiques des vérins………………………….. V.3.6 Les oscillateurs et les moteurs pneumatiques……… V.4 Les réducteurs de débit et valves d’arrêt………………….. V.4.1 Réducteurs de débit……………………………………. V.4.2 Montage des soupapes d’étranglement………………. OFPPT/DRIF

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SOMMAIRE –suiteV.4.3 Calcul de la vitesse des vérins…………………… V.4.4 Les valves de pression……………………………… V.5 Les temporisateurs pneumatiques………………………… V.6 Les fonctions logiques pneumatiques ( portes logiques)... VI LES CIRCUITS DE COMMANDE VI.1 Schéma de principe d’une installation pneumatique……. VI.2 Commande directe…………………………………………… VI.3 Commande indirecte………………………………………… VI.4 Séquences à plusieurs actionneurs………………………….. VI.5 Les séquenceurs pneumatiques……………………………… VII COMMANDE DES CIRCUITS ELECTOPNEUMATIQUES VII.1 Les Electodistributeurs……………………………………….. VII.2 Les commutateurs mécaniques et les commutateurs magnétiques……………………………………………………. VII.3 Conception des schéma de commande électropneumatique.

GUIDE DES TRAVAVAUX PRATIQUES I.TP.1 Analyse d’un réseau de distribution d’air comprimé…………. II.TP.2 Fonctionnement des distributeurs……………………………… III TP.3 Fonctionnement des vérins…………………………………….. IV.TP.4 Contrôle de la vitesse des actionneurs………………………... V.TP.5 Commande en fonction du temps et de la pression…………… VI.TP.6 Postes de commande d’un vérin ( cellules logiques)……….. VII.TP.7 Réalisation des séquences pneumatiques……………………. VIII.TP.8 Résolution des problèmes à l’aide des séquenceurs……… IX.TP.9 Circuits de commande électropneumatique………………..

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ANNEXE A : Corrigés des exercices……………………………. ANNEXE B : Symboles des composants pneumatiques………. BIBLIOGRAPHIE…………………………………………………

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MODULE : Analyse de circuits pneumatiques Durée :75H 56% : théorique 38% : pratique OBJECTIF OPERATIONNEL DE PREMIER NIVEAU DE COMPORTEMENT COMPORTEMENT ATTENDU Pour démontrer sa compétence, le stagiaire doit analyser des circuits pneumatiques, selon les conditions, les critères et les précisions qui suivent CONDITIONS D’EVALUATION • Travail individuel • A partir : - de schémas ou de plan de circuits - de manuels techniques - d’abaques et de tableaux ● A l’aide - de composants, de raccords et de conduites - d’outillage et équipement - des instruments de mesure et de contrôle - de bancs d’essais et de montages pneumatiques - de machines et d’équipement industriel CRITERES GENERAUX DE PERFORMANCE ● ● ● ● ● ● ●

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Respect des règles de santé et de sécurité au travail Respect du processus de travail. Respect des plans ou des schémas. Utilisation appropriée de l’outillage et de l’équipement . Travail soigné et propre. exactitude des calculs. Respect des normes.

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OBJECTIF OPERATIONNEL DE PREMIER NIVEAU DE COMPORTEMENT PRECISIONS SUR LE COMPORTEMENT ATTENDU

CRITERES PARTICULIERS DE PERFORMANCE

Interpréter les schémas ou les plans.

-

B. calculer les principaux paramètres d’un circuit.

- Exactitude des calculs

C. Sélectionner les composants, les raccords et les conduits.

- Choix judicieux des composants, des raccords et des conduits.

D. Elaborer des schémas.

- Choix pertinent des symboles.

E. Appliquer les règles de santé et de sécurité au travail

- Compréhension et respect des mesures de protection

F. Monter des circuits pneumatiques. G. Mesurer les paramètres de fonctionnement.

Justesse de l’interprétation des symboles

- Respect des techniques et des méthodes. - Précision des mesures.

H. Effectuer des essais. - Respect des conditions de marche.

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OBJECTIFS OPERATIONNELS DE SECOND NIVEAU LE STAGIAIRE DOIT MAITRISER LES SAVOIRS, SAVOIR-FAIRE, SAVOIR- PERCEVOIR OU SAVOIRETRE JUGES PREALABLES AUX APPRENTISSAGES DIRECTEMENT REQUIS POUR L’ATTEINTE DE L’OBJECTIF DE PREMIER NIVEAU, TELS QUE

:

Avant d’apprendre à interpréter les schémas ou les plans (A), le stagiaire doit : 1. Reconnaître les symboles. Avant d’apprendre à calculer les principaux paramètres d’un circuit (B), le stagiaire doit : 2. Explorer le fonctionnement des circuits pneumatiques. Avant d’apprendre à monter des circuits pneumatiques (F), le stagiaire doit : 3. Expliquer les principes de fonctionnement des circuits industriels. 4. Expliquer l’importance de l’entretien des instruments, de l’outillages et de l’équipements. 5. Expliquer l’importance de la qualité des circuits. 6. Expliquer l’importance de la précision. 7. Tracer de schémas pneumatiques. Avant d’apprendre à mesurer les paramètres de fonctionnement (G), le stagiaire doit : 8. Reconnaître l’outillage et les instruments de mesure.

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PRESENTATION DU MODULE Le module Analyse de circuits pneumatiques est le module N°11, il vous permettra d’acquérir les connaissances requises pour tracer des schémas pneumatiques, concevoir des circuits de commande au moyen de différentes méthodes , analyser et remédier les différantes anomalies causées par les différents composants pneumatiques. Ce module vous permettra de posséder des notions qui vous permettront de résoudre des problèmes de commande pneumatique. Ces connaissances vous serviront aussi lors de l’étude de certains autres modules de ce programme d’études. La durée de ce module est de 75 heures repartis comme suit : - 56% théorique - 38% pratique - 6% évaluation La première partie vous fera connaître la pneumatique ainsi qu’une comparaison entre les trois énergies : Pneumatique, Hydraulique et Electrique. La deuxième partie vous fera connaître les lois et propriétés des gaz dont il faut tenir compte lors de l’utilisation de l’air comprimé. ainsi que la production et la distribution de l’air comprimé. la troisième partie vous fera connaître la production de l’air comprimé, ainsi que sa distribution la quatrième partie vous fera connaître L’utilité du conditionnement de l’air comprimé et les composants de ce groupe de conditionnement. Dans la cinquième partie vous étudierez le fonctionnement des principaux composants pneumatiques et apprendrez leur identification. La sixième partie vous fera découvrir les différents circuits de commande ainsi que l’emploie des séquenceurs pneumatiques pour résoudre les problèmes des chevauchements des signaux. Dans la septième et dernière partie théorique vous étudierez la commande des circuits électropneumatiques. Enfin le guide des travaux pratiques regroupe neuf TP qui vous fera appliquer les principaux chapitres vue en partie théorique. Pour presque chaque partie étudier de la partie théorique, un ensemble des exercices vous fera évaluer vos acquis.

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Module N°11 : Analyse de circuits pneumatiques RESUME THEORIQUE

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LA PNEUMATIQUE

I/ INTRODUCTION Depuis plusieurs années, on utilise abondamment les propriétés de l’air comprimé afin de réaliser plusieurs tâches mécaniques . puisque l’air est un fluide compressible, il permet d’emmagasiner de l’énergie qui sera transmise à des dispositifs par le biais d’un réseau de distribution parfois complexe. les machines, les outils et les systèmes, qui utilisent l’air comprimé comme source d’énergie, convertissent alors cette énergie en travail mécanique efficace. Par ailleurs, l’air est le seul fluide qui possède l’ensemble des principales caractéristiques que l’on doit considérer lors du choix d’un fluide pour la transmission de l’énergie servant à alimenter différents dispositifs . La pneumatique est utilisée afin de combler une multitude de besoins que nous retrouvons habituellement sur une chaîne de production. parmi les rôles les plus usuels de la pneumatique on trouve :

   

La détection de son environnement (capteurs) L’exécution de taches (actionneurs) Le contrôle de l’actionneurs (préactionneurs) Le traitement logique des données (processeur) L’utilisation de la pneumatique comme énergie en industrie a de nombreux avantages, dont voici quelques uns :  L’air est un fluide gratuit qui est disponible en grande quantité  Il est possible d’emmagasiner l’air comprimé dans des réservoirs qui peuvent être facilement déplacés  Puisque l’air n’est pas un gaz explosif, aucun dispositif de sécurité n’est à prévoir  L’air comprimé est un fluide qui peut se déplacer à grande vitesse ce qui permet d’obtention de temps de réponses élevés de la part des actionneurs.

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Par contre, l’énergie pneumatique possède aussi quelques désavantages :

 Il est essentiel de procéder au conditionnement de l’air comprimé afin d’éliminer toutes les impuretés pouvant s’y accumuler  Il est difficile d’obtenir des vitesses de déplacement constantes pour les actionneurs pneumatiques  Si l’air comprimé doit être lubrifier, il est à prévoir que l’échappement de l’air dans l’atmosphère provoquera une concentration en huile trop élevée dans l’air ambiant. Il est aisé de constater que la pneumatique est une solution très intéressante pour concrétiser des fonctions sur une chaîne de production, donc il est essentiel de maîtriser cette technologie puisqu’elle est présente dans presque toutes les cellules de fabrication automatisée. La pneumatique se décompose en plusieurs groupes de produits : • actionneurs • capteurs et organes d’entrée • processeurs • accessoires • automatismes complets

• • • • • •

Lors de la mise en place d’automatismes pneumatiques, il convient de tenir compte d’un certain nombre de points : fiabilité maintenabilité montage et raccordement facilité de remplacement et d’adaptation rentabilité documentation Ainsi que le développement des systèmes pneumatiques rend nécessaire une uniformisation de la représentation des composants et des schémas . Les symboles applicables à la pneumatique sont répertoriés dans la norme DIN ISO 1219 "Systèmes et appareils de la technique fluidique - symboles"

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I.1 Comparaison des énergies : pneumatique, hydraulique et électrique

TABLEAUX COMPARATIFS ENTRE LES TROIS ENERGIES PNEUMATIQUE, HYDRAULIQUE, ELECTRICITE

Comparaison des modes de travail

Critères

Pneumatique

Hydraulique

Electrique

Force linéaire

forces limitées par la basse pression et le diamètre du vérin env. (35000 à 40000N),pour les forces de blocage (arrêt) pas de consommation d’énergie Couple de rotation maximal même à l’arrêt, pas de consommation d’énergie Moteurs à air comprimé à vitesses de rotation élevées, frais d’exploitation élevés, mauvais rendement, mouvement oscillant par conversion

Forces importantes en raison de la pression élevée

Mauvais rendement, pas de protection contre les surcharges, consommation d’énergie à vide, forces faibles

couple de rotation maximal même à l’arrêt, mais forte consommation d’énergie dans ce cas Moteurs hydrauliques et vérins oscillants à vitesse plus faible qu’en pneumatique, bon rendement

Faible couple de rotation à l’arrêt

Forces rotative

Mouvement rotatif ou basculant

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Le meilleur rendement avec les mécanismes de commande à vitesse de rotation limitée

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Comparaison des critères de sélection

Critères Possibilité de réglage

Stockage d’énergie et transport

Frais D’énergie Manipulation

Généralités

Influences de l’environnement température

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Pneumatique

Hydraulique

Réglage simple de la force par la pression et de la vitesse par le débit

Force et vitesse réglable très facilement et avec précision, même à faible régime Possible à moindre Stockage limité, coût, même par possible uniquement grandes quantités, avec du gaz ou des transport facile ressorts dans des accumulateurs, canalisation et des transportable dans bouteilles d’air des canalisation comprimé Elevés comparer à l’électrique

Elevés en comparaison avec l’électricité Utilisation possible Plus difficile qu’en avec peu de pneumatique, car connaissances ;mo nécessité de ntage et mise en pressions élevées, services des de poser des systèmes de conduites de purge commutation et des canalisations relativement simple de retours et sans danger Les éléments sont Bruits de pompage protégés contre les en cas de pressions surcharges ;bruit élevées ;éléments d’évacuation d’air protégés contre les désagréable surcharges Insensible aux Sensibilité aux écarts de écarts de température, pas de température ; risque d’explosion encrassement et risque d’incendie en cas de fortes fuites

Electrique Possibilité de réglage limitées moyennant des frais importants Stockage très difficile et coûteux, généralement en petites quantités (accumulateurs, batteries), transport facile dans des câbles sur très grandes distances Les moins élevés Exige des connaissances techniques ; risques d’accident encas d’erreur

Les éléments ne sont pas protégés contre les surcharges ou uniquement à grands frais Insensible aux écarts de température

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II- Lois et propriétés physique de l’air comprimé : L’air est un mélange gazeux composé des éléments suivants : ● Azote env.78% ● oxygène env. 21% On y trouve en outre des traces de gaz carbonique, d’argon, d’hydrogène, de néon, d’hélium. Afin d’aider à la compréhension des différents lois, il importe de bien connaître les diverses grandeurs physiques qui sont utilisées selon le "système international " dont l’abréviation est SI . Unités de base Unités

Symbole

Grandeur Longueur Masse Temps Température

l m t T

Mètre (m) Kilogramme (Kg) Seconde (s) Kelvin (K, 0°C=273 K)

Unités dérivées Grandeur

Symbole F A V Q P

Force Surface Volume Débit Pression

Unités Newton (N), 1N=1Kg*m/s² Mètre carré (m²) Mètre cube (m³) Mètre cube/seconde (m³/s) Pascal (Pa) 1Pa=1N/m² 1bar=10 Pa

Il est a remarquer que le pascal n’est pas la seule unité de pression utilisée. Ainsi on retrouve fréquemment le bar et l’atmosphère comme unités de pression : Bar Pascal Atmosphère PSI

Bar 1 10-5 1,013 6,897*10ˉ²

Pascal 10 1 1,013*105 6,897*10³

Atmosphère 9,869*10ˉ¹ 9,869*10-6 1 6,806*10ˉ²

PSI 14,5 1,45*10-4 14,693 1

Aussi l’air possède certaines propriétés physiques bien précises qui se manifestent lors de sa compression : ● la force de cohésion entre les molécules est faible (L’air peut alors se répandre) ● il ne possède pas de forme déterminée ● il occupe tout l’espace disponible ● l’air est compressible

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II.1 La Force : Lorsqu’il est nécessaire de déplacer ou de modifier la trajectoire d’un objet, il faut lui appliquer une force proportionnelle à son inertie. Dans le système international (SI), la force s’exprime en Newton (N). II.2 La Pression : Elle se définit comme étant la force qui est appliquée par unité de surface. 1Pascal est égal à la force de 1 Newton appliqué sur une surface de 1 m². Cette unité est très faible ,elle est remplacée par le bar qui est égal à 1daN/1cm² (1 bar = 10 Pa). En pneumatique on distingue 3 types de pression : - la pression atmosphérique (Patm). - la pression absolue (Pabs). - la pression relative ou manométrique (Prel).

● La pression atmosphérique : est définie comme étant la pression exercée au niveau de la mer par une colonne d’air d’un mètre carré dont la hauteur est égale à celle de la couche atmosphérique, elle vaut environ 1033 mbar (103.3 KPa).

● La pression absolue : est la valeur de la pression en rapport avec le vide (pression zéro) comme référence. Elle est égale à la somme de la pression atmosphérique et de la pression relative.

● La

pression relative : ( manométrique) est définit comme

étant la valeur d’une pression qui possède , comme référence, la pression atmosphérique. Prel = Pabs - Patm

● Pression vaccum : A l’inverse d’un compresseur qui comprime de l’air sous pression, on obtient une pression négative par rapport à la pression atmosphérique lorsqu’on tente de faire le vide dans un vase clos. Cette pression négative est désignée par l’expression “pression vaccum″. OFPPT/DRIF

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L’échelle de la pression vaccum fonctionne à l’inverse des autres, car elle tend vers le vide parfait. la pression vaccum max est donc la pression atmosphérique, et la pression la plus faible, le vide absolue. En pratique, il est techniquement impossible qu’une pompe vaccum atteigne le vide parfait à causes des fuites. Comparaison entre les différents modes de pression

pression relative

pression absolue

101.3KPa = 14.7 PSIA

pression atmosphérique

vide absolue II.3 Débit : En pneumatique l’air comprimé provient généralement d’un réservoir sous pression ou directement du compresseur, cet air circule dans des conduites après que sa pression a été maintenue constante en le faisant passer par un régulateur de pression. Donc le débit est défini comme étant la quantité de fluide qui s’écoule en un point déterminé d’un circuit pendant une unité de temps. en pneumatique il est Exprimé en m³/s. Il existe des abaques fournit par les fabricants des composants pneumatiques, qui permettent de trouver le débit d’air d’un système en fonction du diamètre des conduits et de la pression . Le débit d’un compresseur est la quantité d’air détendu que le compresseur refoule dans le réseau après l’avoir comprimé. La mesure conforme de cette quantité est définie dans les normes DIN 1945 et ISO 1217.

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EXERCICES II.2 1.1 Qu’est-ce qui crée la pression atmosphérique ? ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… …………………………………………………… 1.2 Quelle est la valeur de la pression atmosphérique au niveau de la mer : a° /atmosphère :………………………………………………………………… b°/ en pascale :…………………………………………………………………. c°/ en bar :……………………………………………………………………. 1.3

A quoi est égale la pression relative par rapport aux 2 autres pressions atmosphérique et absolue ?

……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………….. ______________________________ II.4 Principe de pascal : Toute pression exercée sur un fluide renfermé dans un vase clos est transmise intégralement à tous les points de fluide et des parois. On sait que, contrairement aux liquides, les gaz sont compressibles. Toute fois, pour une pression donnée à l’intérieur d’un vase clos, que ce soit pour un liquide ou un gaz, cette pression est égale et s’exerce intégralement sur tous les points des parois avec un angle de 90°. Force 100 N Surface effective 0.1 m²

Pression de 10.000Pa (10 KPa)

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Afin de déterminer la pression, qui s’exerce alors sur toutes les parois internes du récipient, il est nécessaire d’appliquer l’équation :

Pression = Force / surface Généralement les systèmes d’air comprimé ont des pressions effectives de 620 à 760 KPa ( de 6.2 à 7.6 bar). La charge à soulever est généralement connue. Car on construit un système en fonction d’un travail à faire. Dans un vérin, la pression exercée sur la surface du piston crée une force qui est le résultat du produit de la pression du système par la surface du piston : On peut donc écrire la relation : F=PXS F en Newton S en m2 P en Pascal Exemple : Problème : Soit la réserve d’air d’un réservoir à 825 KPa qui fait partie d’un circuit pneumatique commandant un vérin. ce vérin doit pousser une charge de 827 Kg. quel sera le diamètre du vérin nécessaire pour déplacer cette charge ? Résolution : 1- Conversion des données Pour résoudre ce problème, on doit convertir la pression en pascal et la masse en newton. Pression = 825000 Pa Force = m x g = 827 Kg x 10 N/Kg = 8270 N ( Pour convertir une masse en force, on doit la multiplier par la valeur de la pesanteur ; soit 10 N/Kg). Surface ? 2- Calcul du diamètre du vérin On a donc F=PxS S = F/P = 8270N /825000 Pa = 0.010 m2 Pour déterminer le diamètre du piston, on décompose la formule de la surface : S = π r2 Or S= π D²/4= 0.7854 x D² Donc D = 0.1128 m (D ~ 11 cm)

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EXERCICE II.4 On doit construire un lève charge d’une masse de 200 Kg et d’une capacité de 1928 Kg. Sachant que la pression fournie par l’air comprimé est de 620 KPa. Calculer le diamètre du piston de l’appareil en cm. ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… _________________________________ II.5 Loi de Gay Lussac : La dilatation des corps est l’un des effets de la chaleur, conséquence immédiate de l’élévation de la température. L’observation montre en effet que le plus souvent, losqu’on chauffe un gaz, son volume augmente : on dit qu’il se dilate, et ce phénomène est appelé dilatation. Le coefficient de dilatation cubique d’un gaz est l’accroissement du volume que subit l’unité de volume de ce gaz pour une élévation de température de un degré. On peut déterminer la valeur du coefficient de dilatation cubique d’un gaz à l’aide de l’équation suivante : V2 _ V1 K = ────── V1 (T2_ T1) K représente le coefficient de dilatation cubique d’un corps. V2 est le volume du corps à la température T2 V1 est le volume du même corps à la température T1 Donc la lois de Gay Lussac se caractérise à l’aide de l’équation suivante : V1 V2 ----= ----T1 T2 Puisque cette équation utilise la température absolue comme paramètre, il est nécessaire de procéder à sa conversion : T Kelvin = T celsius + 273

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II.6 Loi de Boyle Mariotte A température constante, le volume occupé par une masse donnée de gaz varie en raison inverse de la pression qu’elle supporte.

De cette loi découle l’équation suivante :

P1V1=P2V2 Il est à noter que les valeurs de pression utilisée avec cette équation sont des pressions absolues (Pression relative + pression atmosphérique). Exemple A la pression atmosphérique, l’air peut être compressé au 1/7 de son volume. Quelle sera la pression si la température reste constante ? P1V1 = P2V2

P2 = P1V1/V2

Remarque : V2/V1 = 1/7 P1 = Pamb ≈ 1bar = 100KPa P2 = 1 x 7 = 7 bar = 700 KPa absolu. Il en résulte : Pe = Pabs – Pamb = 7 – 1 = 6 bar = 600 KPa Conclusion : Le taux de compression d’un compresseur fournissant une pression de 6 bar (600 KPa) est de 7/1.

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Exercices II.5 1- on comprime 4 m³ d’air à la pression atmosphérique dans un réservoir d’une capacité de 1 m³ qui est déjà plein d’air à la pression atmosphérique. Quelle sera en KPa la pression effective de l’air dans ce réservoir ? ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… …………. 2- On a 0.8 m³ d’air à température T1 = 293°K est réchauffé à pression constante jusqu’à T2 = 344°K. De combien se répand l’air ? ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ………… 3- Un compresseur aspire l’air à la pression atmosphérique et le comprime dans un réservoir d’une capacité de 1.5 m³. A partir du réservoir plein, quel volume d’air faut il extraire pour que la pression atteigne 550 KPa , sachant que la température est passée de 22°C à 38°C ? ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………

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III : L’air comprimé : Production , Distribution III.1 Production Pour qu’un système pneumatique soit fiable, il est indispensable de disposer d’air comprimé d’alimentation de bonne qualité . Cette exigence implique l’observation des facteurs suivants :  Pression correcte  Air sec  Air épuré Un non respect de ces exigences peut entraîner une augmentation des temps d’immobilisation des machines et, par conséquent, une augmentation des coût d’exploitation. La production de l’air comprimé commence dès la phase de compression . l’air comprimé doit traverser toute une série de sous ensembles avant d’atteindre les actionneurs. Le type de compresseur utilisé, ainsi que sa situation géographique peuvent avoir une influence plus au moins grande sur la quantité d’impuretés, d’huile et d’eau pouvant atteindre le système pneumatique. Pour éviter ce genre d’inconvénient, le dispositif d’alimentation en air comprimé doit comporter les éléments suivants : ♦ Un filtre d’aspiration ♦ un compresseur ♦ un réservoir d’air comprimé ♦ un deshydrateur ♦ un filtre à air comprimé avec séparateur de condensât ♦ un régulateur de pression ♦ un lubrificateur ♦ de points de purge de condensât Un air comprimé mal conditionné peut contribué à augmenter le nombre de pannes et à réduire la durée de vie des systèmes pneumatiques . Ceci peut se manifester de plusieurs manières : - augmentation de l’usure au niveau des joints et des pièces mobiles dans les préactionneurs et les actionneurs - encrassement des silencieux Il importe aussi de bien saisir la différence entre les deux catégories de pression qui sont reliées à la pneumatique : • La pression de service • La pression de travail La pression de service : est la pression fournie par le compresseur. Donc c’est elle qui règne à l’intérieur du réseau de distribution. La pression de travail : est la pression nécessaire au poste de travail considéré.

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III.1.1 Niveau de pression D’une manière générale, les composants pneumatiques sont conçus pour supporter une pression de service maximum de 8 à 10 bar. si l’on veut exploiter l’installation avec un maximum de rentabilité , une pression de 6 bar sera suffisante . En raison d’une certaine résistance à l’écoulement au niveau des composants 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 à 7 bar pour assurer une pression de service de 6 bar. III.1.2 Déshydratation de l’air comprimé L’air aspiré par le compresseur contient toujours un taux d’humidité se présentant sous forme de vapeur d’eau et que l’on exprime en % relatif d’humidité. Lorsque le taux de saturation de 100% relatifs d’humidité d’air est atteint l’eau se condense sur les parois ; Exemple de calcul Un compresseur d’une capacité de 10 m³/h doit compresser de l’air ambiant (20°C, humidité relative 50%) pour l’amener à une pression absolue de 7 bar (1.43 m³/h) . Avant la compression, la teneur en eau est de 8.5g/m³, ce qui correspond à une quantité d’eau de 85g/h. Après la compression, la température passe à 40°C. En sortie de compresseur , la teneur en eau de l’air saturé est de 51g/m³. Pour 1.43m³d’air comprimé , la quantité d’eau sera de : 1.43m³/h x 51g/m³ = 72.93g/h En amant du compresseur , la quantité d’eau prélevée dans l’air sera de 85g/h – 72.93g/h = 12.07g/h Si l’élimination de l’eau de condensation est insuffisante ,cette eau peut passer dans le système et occasionner les problèmes suivants : • corrosion des tuyauteries, des préactionneurs, des actionneurs. • rinçage du lubrifiant sur les composants mobiles. III.1.3 Les compresseurs Le choix d’un compresseur dépend de la pression de travail et du débit d’air dont on a besoin. Les compresseurs sont classés selon leur type de construction et il sont divisés en deux groupes principaux : • les compresseurs à débit positif • les compresseurs dynamiques

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LES TYPES DE COMPRESSEURS DISPONIBLES Compresseur d’air

compresseurs dynamiques

compresseurs à débit positif

compresseurs à piston alternatif

compresseurs à piston

compresseur à piston rotatif

compresseurs à membrane

compresseurs rotatifs multicellulaires

•

compresseurs radiaux

compresseurs hélicoïdaux bicellulaire

compresseurs axiaux

compresseurs Roots

Les compresseurs à débit positif : travaillent d’après le principe de refoulement. La compression de l’air est obtenue par l’admission de celle ci dans une enceinte hermétique dont on réduit ensuite le volume. Le piston est l’élément fondamental de ce type de compresseur.

Les compresseurs dynamiques : utilisent le principe de dynamique des fluides. L’air est aspiré puis compressé grâce à l’accélération de sa masse (effet de turbine). De plus selon les conditions d’utilisation, l’entraînement des compresseurs est assuré soit par moteur électrique, soit par un moteur thermique. •

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III.1.4 la maintenance des compresseurs : Pour la maintenance d’un compresseur, il est conseillé de suivre les recommandations du fabricant car elles sont fonctions du type de compresseur. Mais en général les tâches suivantes doivent être régulièrement faites • un contrôle rigoureux • le nettoyage • la remise en état des filtres à l’aspiration • la lubrification par l’huile • le refroidissement Par ailleurs, le changement de l’huile de lubrification doit se faire à la suite d’une période de temps donné (maintenance systématique). Aussi il ne faut pas oublier de vidanger le condensât, de même , les différents dispositifs de sécurité doivent être conservés en parfait état de fonctionnement. III.2 Distribution de l’air comprimé : Dans la réalisation d’une installation pour la distribution d’air comprimé, il est nécessaire de dimensionner les conduits de distribution de façon telle que, même en cas d’augmentation du prélèvement d’air comprimé, la chute de pression ne dépasse pas 0.1 bar . Une perte de charge supérieure à cette limite pourrait compromettre le coté économique de l’installation à cause de la chute de son rendement La perte de charge le long d’un tuyau est exprimé par la relation :

β

ω² Δp = Lp RT D

Dans laquelle : • Δp : perte de charge (bar) • p : pression d’exercice absolue (bar) • R : constante de gaz (pour l’air 29.27) • T : température (°K) • D : diamètre interne du tuyau (mm) • L : longueur totale (m) • ω : vitesse de l’air (m/s) • β : coefficient de résistance

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Cependant, en général le calcul des pertes de charge en ligne est localisé, et la détermination du diamètre nécessaire à la tubulaire examinée est effectué à l’aide de quelques diagrammes comme ceux des figures 1 et 2. Voyons un exemple d’utilisation : On considère une tubulure de longueur totale de 280 m, comprenant : - 6T - 5 coudes - 1 soupape à vanne La perte de pression admissible de 0.1 bar et la pression d’exercice de 8 bar. Calculer le diamètre de la tubulure pour un débit de 960 m³/h d’air normal ? Se référant au diagramme de la fig 1, on conduit une ligne de A (longueur tubulure =280 m) à B (débit =960 m³/h) jusqu’à C (axe 1). On relie E (pression d’exercice = 8 bar) à G (perte de charge = 0.1 bar) obtenant un point d’intersection sur l’axe 2 (F). En reliant entre eux les deux points ainsi déterminés sur les axes 1 et 2, on obtient, de l’intersection avec l’axe D, le diamètre interne ( ~ 90 mm ) du tube à utiliser. Le diagramme de la fig 2 permet de déterminer les longueurs additionnelles en mètres de tube, correspondant aux raccords indiqués précédemment: • 6 raccords à T (90 mm) = 6 x 10.5 m = 63 m • 5 coudes ( 90 mm ) = 5 x 1 m = 5 m • 1 soupape à vanne (90 mm ) = 1 x 32 m = 32 m Pour un total de 100 m additionnels. la longueur équivalente des tuyauteries résulte donc de 380 m ( 280 m + 100 m ). Répétant avec cette nouvelle donnée les opérations déjà décrites avec le diagramme de la fig 1, on obtient le diamètre définitif ( interne ) de 95 mm .

Exercice III.2 Refaire la même démarche, en considérant une tubulure de 310 m, comprenant : - 8T - 2 soupapes - 7 coudes Avec une perte de charge admissible de 0.1 bar et une pression de service de 7 bar

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DIAGRAMME Fig 1(Doc. E.V)

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DIAGRAMME Fig 2 (Doc. E.V)

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En fin un réseau de distribution permet d’approvisionner chacun des éléments terminaux en air comprimé. Afin de réaliser adéquatement cette tâche, il est essentiel de procéder méthodiquement à son installation en respectant divers critères bien particuliers. Donc il est nécessaire de respecter les quelques recommandations d’installation suivantes : • donner une pente descendante d’environ 1 à 3% à la ligne principale reliant le compresseur à l’extrémité du réseau. • prévoir des collecteurs d’eau de condensation avec robinets de purge au pied de chaque descente . • le piquage des lignes secondaires doit être réaliser par le dessus de la ligne principale et JAMAIS PAR LE BAS, afin d’éviter que l’eau accumulé dans la tuyauterie arrive aux préactionneurs et aux actionneurs.

Exemple de dispositif de distribution de l’air comprimé Sécurité et hygiène Il ne faut jamais diriger un jet d’air comprimé vers un de vos collègue ou vers soit même, car il y a risque d’accident ou de blessure. En effet l’air comprimé peut contenir de l’eau, de l’huile de lubrification ou des particules en suspension à cause d’un bris dans les filtres . Lorsqu’on utilise de l’air, plusieurs éléments de sécurité sont à prendre en considération. Ainsi, lorsqu’on procède à une vérification préventive du compresseur , on doit se protéger contre la chaleur des composants et les pièces en mouvement. OFPPT/DRIF

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IV Conditionnement d’air comprimé Puisque l’approvisionnement en air s’effectue en puisant l’air ambiant, donc il contient des impuretés et de l’humidité qui peuvent nuire aux différents composants pneumatique . De ce qu’il a précédé on doit procéder à son traitement avant de pouvoir l’utiliser comme source d’énergie. En général une unité de conditionnement d’air comprimé est composée : • d’un filtre • d’un régulateur de pression • et parfois d’un lubrificateur IV.1 Filtration : L’eau de condensation, l’encrassement et un excès d’huile peuvent provoquer une usure des pièces mobiles et des joints des composants pneumatiques. Sans l’utilisation de filtres à air comprimé, des matières d’œuvre telles que les produits des industries alimentaire, pharmaceutique et chimique peuvent être polluées et, par conséquent, rendues inutilisables Le choix d’un filtre à air comprimé est très important pour l’alimentation du réseau en air comprimé de bonne qualité. Les filtres à air se caractérisent en fonction de leur porosité. C’est elle qui détermine la taille de la plus petite particule pouvant être filtrée. Certains filtres sont même capable de filtrer les condensats. L’eau de condensation accumulé doit être vidangé avant d’atteindre le repère car il pourrait sinon être réaspiré par le flux d’air.

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Filtre à air comprimé "Doc. FESTO" IV.2 Régulateur de pression : Un niveau de pression constant est un préalable au fonctionnement sans problème d’une installation pneumatique. Afin de garantir un maintien constant de ce niveau de pression, on raccorde au circuit un manodétendeur, monté de façon centrale, qui assure une alimentation en pression constante du réseau ( pression secondaire ) ,est ce indépendamment de la variation de la pression du circuit principal ( pression primaire ). Le régulateur est monté en aval du filtre à air comprimé. Le niveau de pression doit être ajusté en fonction des exigences de chaque installation.

Régulateur de pression "Doc. FESTO" IV.3 Lubrification : Le lubrificateur est un élément facultatif dans un circuit pneumatique. Il a pour rôle de diminuer le frottement des éléments d’un actionneur. L’air comprimé traverse le lubrificateur et provoque au passage d’un venturi une dépression utilisée pour aspirer l’huile arrivant par un tube vertical relié au réservoir . l’huile passe ensuite dans une chambre ou elle est pulvérisée par le flux d’air avant de continuer son parcours. D’une manière générale, il faut éviter de lubrifier l’air comprimé. Par contre si certaines pièces mobiles des distributeurs et des vérins nécessitent une lubrification extérieure, il faut prévoir un apport d’huile suffisant et contenu

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dans l’air comprimé. La lubrification de l’air comprimé doit se limiter aux parties d’une installation nécessitant un air comprimé lubrifié. Une lubrification excessive peut entraîner les problèmes suivants : • mauvais fonctionnement de certains composants • pollution de l’environnement • gommage de certains éléments après une immobilisation prolongée

Lubrificateur d’air comprimé "Doc. FESTO" Conclusion : Le groupe de conditionnement d’air comprimé est constitué de : • un filtre à air comprimé • un régulateur de pression • un lubrificateur Concernant ce groupe, il faut tenir compte du fait que : • la taille du groupe de conditionnement est fonction de l’importance du débit ( en m³/h ). Un débit trop important peut provoquer une importante chute de pression dans les appareils. Il est donc primordial de respecter scrupuleusement les indications des constructeurs.

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• La pression de service ne doit pas dépasser la valeur donnée pour le groupe de conditionnement. La température ambiante ne doit en principe pas être supérieur à 50°C.

Groupe de conditionnement, fonctionnement

Doc. Festo

Groupe de conditionnement, symbole V Les composants des systèmes pneumatiques : Les systèmes pneumatiques constituent une combinaison de plusieurs groupes de composants. Ces groupes de composants forment une ligne de commande véhiculant le flux de signaux entre le côté signal ( entrée ) et le côté travail ( sortie ). Cheminement du signal Organes de travail sortie Préactionneurs Organes de traitement Signaux processeurs Organes d’entrée OFPPT/DRIF

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Signaux d’entrée Alimentation en énergie V.1 Structure et cheminement du signal dans les systèmes pneumatiques : Les sous ensembles d’un automatisme pneumatique comprennent : • l’alimentation en énergie • les organes d’entrée (capteurs) • les organes de traitement (processeurs) • les préactionneurs • les organes moteurs (actionneurs) Les divers composants d’un système sont désignés par leur symbole qui, à la lecture du schéma, permet de déterminer leur fonction.

Commande pneumatique

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Exemple du schéma d’un circuit pneumatique

V.2 les distributeurs Les distributeurs sont des appareils qui permettent d’agir sur la trajectoire d’un flux d’air, ils servent à régler la mise en route , l’arrêt et le sens des organes de travail. Il existe plusieurs types de distributeurs. V.2.1 Représentation symbolique : On représente les différents modèles de distributeurs à l’aide de symboles. chaque symbole est constitué d’une case rectangulaire à l’intérieur de laquelle on trouve deux ou trois carrés. Ces carrés désignent le nombre de positions que

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peut prendre le distributeur symbolisé. A l’intérieur de chaque carré, des flèches indiquant le sens de circulation du fluide pour chacune des position de distributeur. La figure suivante montre le début de la création des symboles de distributeurs. Création des symboles de distributeurs

Le nombre de carrés juxtaposés correspond au nombre de positions que peut prendre le distributeur. il faut ensuite ajouter dans chaque carré les lignes qui schématisent les canalisation internes du distributeur : - les orifices sont tracés sur le carré de la position de repos - une flèche indique le sens de passage de l’air - un trait transversal indique une canalisation fermée

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► Remarque :

Position de repos :c’est la position occupée par le distributeur lorsque ce dernier n’est pas actionné.

Identification des orifices

Symboles des distributeurs

Généralement, les orifices sont identifiés par des lettres. Ainsi, selon la norme ISO 1219, les orifices d’un distributeur sont identifiés comme suit : - Pression d’alimentation (source d’énergie) :P - Sortie ou utilisation(travail) :A.B.C… - Echappement :R.S.T… - Commande (pilotage ) :Z.Y.X… Retenez que l’identification d’un distributeur par des chiffres superposés a pour but d’en simplifier l’appellation. Le premier indique le le nombre d’orifices de circulation, représentés par les traits raccordés sur le carré de la position de repos. Le deuxième chiffre désigne le nombre de positions possible du distributeur, représenté par le nombre de carrés dans le symbole. Il existe des distributeurs à deux, trois, quatre ou cinq orifices. il faut faire attention lors de l’inter-prétation 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. de l’air. Il faut donc interpréter le fonctionnement d’un distributeur comme celui d’une " valve " : • distributeur N.O au repos : l’air circule ( valve ouverte) • distributeur N.F au repos : l’air ne circule pas ( valve fermée) Il est important de savoir que ces symboles indiquent uniquement la fonction du distributeur. OFPPT/DRIF

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Ils ne fournissent aucun renseignement sur la construction du composant.

V.2.2 Commande d’un distributeur : Modes de commande Chaque distributeur est muni d’un moyen de commande et d’un moyen de rappel : - le moyen de commande constitue le mode d’actionnement et se dessine par convention, à la gauche du symbole du distributeur ; - le moyen de rappel constitue le mode de désactivation du distributeur et se dessine, par convention, à la droite du symbole. Par ailleurs, on distingue deux principales classes de distributeurs selon le nombre de positions stables qu’ils possèdent. Monostable : possède une seule position stable, soit celle de repos. Le mode d’actionnement doit être activé en permanence pour toute la durée de l’actionnement du distributeur. C’est le cas d’un modèle à bouton- poussoir et à rappel par ressort. Bistable : possède deux états stables ce que signifie qu’un actionnement momentané ou une impulsion sert à commuter le distributeur. On dit aussi qu’un distributeur bistable agit comme une mémoire, car il a la capacité de conserver sa position. C’est le cas d’un modèle muni d’un pilotage pneumatique de chaque côté.

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V.2.3 Différents types de construction des distributeurs : a) Distributeur 2/2 : Le distributeur 2/2 dispose de deux orifices et de deux positions de commutation ( ouvert, fermé ). Sur ce distributeur, il n’est pas prévu d’échappement en position fermée. Le type de construction le plus couramment rencontré est le distributeur à bille. Le distributeur 2/2 est à commande manuelle, ou pneumatique . b) Distributeur 3/2 : Les distributeurs 3/2 permettent l’activation ou la remise à zéro des signaux. Le distributeur 3/2 dispose de 3 orifices et de 2 positions de commutation. Le troisième orifice 3(R) sert à la mise à l’échappement de la voie du signal. Une bille est maintenu contre le siège du distributeur par la force d’un ressort, ce qui stoppe le passage entre l’orifice d’alimentation 1(P) et l’orifice de travail 2(A). L’orifice 2(A) est mis à l’échappement ver l’orifice 3(R) en traversant le poussoir.

Distributeur 3/2 à bille ( Doc Festo) c) Distributeur 5/2 à tiroir : Le distributeur 5/2 est à 5 orifices 2 positions, propre à la pneumatique, Il est utilisé principalement pour la commande des vérins. Le distributeur à tiroir en est un exemple. L’élément moteur de ce distributeur est OFPPT/DRIF

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constitué par un piston qui relie entre eux ou isole les différents orifices en exécutant des déplacements longitudinaux. La force de manœuvre est beaucoup plus faible car aucune résistance ne s’y oppose. Les distributeur à tiroir acceptent tous les modes de commande – manuelle, mécanique, électrique ou pneumatique – Les mêmes moyens peuvent être utilisés pour le rappel du distributeur dans sa position initiale. Le tiroir est piloté soit par 14(Z), soit par 12(Y).Lorsqu’il est piloté en 12(Y), le passage s’établit de 5(R) vers 4(A) et de 1(P) vers 2(B). Lorsqu’il y a pilotage en 14(Z), le tiroir se déplace pour établir les voies de communication de 1(P) vers 4(A) et de 2(B) vers 3(S).

Distributeur 5/2 à tiroir (Doc Festo) V.2.4 Montage des distributeurs : Outre l’importance que revêt le choix scrupuleux des distributeurs, il est également une exigence majeure qu’il ne faut pas négliger, à savoir le montage correct de ces distributeurs afin de garantir au maximum la fidélité des caractéristiques , un fonctionnement sans problème et un accès facile en cas de maintenance. Ceci est valable aussi bien pour les distributeurs de la partie puissance que pour les capteurs de la partie commande.

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Schéma de circuit : distributeur 5/2 avec vérin double effet Exercices V.2 1- Quelle est la signification des lettres suivantes associées aux orifices des distributeurs ? A. B :……………………………………………………………………… P : ………………………………………………………………………… R .S :……………………………………………………………………… Z .Y………………………………………………………………………. 2- qu’appelle-t-on position de repos d’un distributeur ? …………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… 3- Identifier les symboles des distributeurs de la figure ci dessous :

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4- tracer le symbole des distributeurs suivants : a) Distributeur 2/2 N.O à poussoir et rappel par ressort ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… …………………… b) Distributeur 3/2 N.F à galet et rappel par ressort ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… …………………………….. c)Distributeur 4/2 monostable à pilotage pneumatique ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………… d) Distributeur 5/2 bistable à commande électrique ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………

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V.3 Les organes moteurs ( les actionneurs ) : Dans le but de transformer l’énergie pneumatique en énergie mécanique, il est nécessaire d’utiliser les éléments appelés de travail. La famille des actionneurs regroupe divers types d’entraînements linéaires et rotatifs en diverses tailles et exécutions. Les actionneurs sont alimentés par des préactionneurs ( distributeurs ) qui leur délivrent la quantité d’air comprimé nécessaire à la tâche à accomplir. En principe, ce distributeur est raccordé directement à l’alimentation d’air principale, de façon à réduire au minimum les pertes de charge. Les actionneurs sont par ailleurs classés en : ♦ entraînement linéaires : - vérin simple effet - vérin double effet ♦ entraînements rotatifs - vérin oscillant - moteur pneumatique LES ELEMENTS DE TRAVAIL PNEUMATIQUE

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V.3.1 vérin à simple effet : Le vérin à simple effet est un vérin où la pression qu’exerce le fluide sur le piston n’agit que dans un seul sens, ce qui implique qu’une seule entrée d’air comprimé est nécessaire . Aussi la course de retour est souvent réalisée par un ressort ou par un effort extérieur.

Symbole est constitution d’un vérin à simple effet (Doc Festo ) D’autre part la course d’un vérin à simple effet est relativement courte. A cause de la présence du ressort de rappel , la force exercée par le piston diminue au fur et à mesure que la course augmente .

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Vérin à simple effet ( Doc Joucomatic ) V.3.2 Vérin à double effet : Les vérins à double effet sont comparables à ceux à simple effet. La plupart de leurs parties sont identiques , à l’exception du dispositif d’étanchéité de la tige dans le flasque avant et du joint d’étanchéité du piston , car la partie avant et arrière reçoivent de la pression. Le vérin à double effet sert à engendrer un effort à la sortie qu’à la rentrée de la tige . Son emploi s’avère donc universel pour effectuer tous les genres de travaux . Par contre sa consommation d’air est au double de celle d’un vérin à simple effet.

Symbole et constitution d’un vérin à double effet ( Doc Parker)

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Vérin à double effet ( Doc. Joucomatic ) V.3.3 Alimentation des vérins pneumatiques : D’une manière générale, l’alimentation d’un vérin est assurée par un distributeur. Le choix de ce distributeur ( nombre d’orifices, nombre de positions, mode de commande ) dépend de l’application visée. V.3.3.1 Alimentation d’un vérin à simple effet : Problème posé La tige du piston d’un vérin à simple effet doit sortir lorsqu’elle est soumise à une pression et revenir automatiquement en position initiale dès que l’alimentation en air comprimé est coupée. Solution L’alimentation d’un vérin simple effet se fait par le biais d’un distributeur 3/2. De la position initiale, le distributeur passe à la position de passage lorsque l’on actionne. Le schéma comporte :  un vérin à simple effet  un distributeur 3/2 monostable à commande par poussoir  une alimentation en air comprimé  une liaison d’air comprimé entre le distributeur et le vérin

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Alimentation d’un vérin à simple effet ( Doc Festo )

V.3.3.2 Alimentation d’un vérin à double effet : Problème posé Par l’action sur le bouton poussoir, la tige de piston d’un vérin à double effet doit sortir puis revenir lorsqu’on relâche le bouton. Le propre du vérin à double effet est de fournir un travail dans ses deux sens de déplacement, les deux faces du piston peuvent être alimentées en pression de service. Solution L’alimentation d’un vérin à double effet se fait par le biais d ‘un distributeur 4/2 (ou 5/2). Un signal apparaît ou disparaît au niveau du distributeur selon que l’on actionne ou que l’on relâche le bouton –poussoir. Le schéma comporte :  vérin à double effet  distributeur 4/2 monostable  alimentation en air comprimé  liaison d’air comprimé entre le distributeur et le vérin

Alimentation d’un vérin à double effet ( Doc Festo )

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Remarque : Il faut noter que pour un vérin à double effet et pour une même pression d’alimentation, la force développée à la sortie de la tige est différente de celle développée à la rentrée. On rappel que la force est en relation directe avec la surface ( F = P x S ). La force de sortie est donc plus grande que celle de la rentrée ,car la surface efficace du côté de la tige est plus petite ( surface du cylindre moins celle de la tige ) V.3.4 Calcul des forces d’un vérin : Lors du calcul de la force développée par les vérins, il faut tenir compte de la surface efficace du piston en contact avec la pression : - lors de la sortie de la tige , le travail s’effectue en poussée et agit sur la surface totale du piston ; - lors de la rentrée de la tige, le travail s’effectue en traction et agit sur une surface réduite du piston, car il faut réduire la section de la tige. La force ( F en Newtons ) est en relation directe avec la surface (S en m²) et la pression ( P en pascals ) : F=PxS Comme les vérins ont une forme circulaire, on calcule la surface du piston à l’aide de la formule suivante : S = π x r² et comme : r = D/2 on a alors : S = π x D²/4 Exemple Problème : Calculer les forces de poussée et de traction d’un vérin de 50 mm de diamètre muni d’une tige de 20 mm de diamètre et soumis à une pression de 5 bar. Solution : 1- conversion des données On convertit les données en unités de base : P = 5 bar = 500 000 Pa D = 50 mm = 0.05 m d = 20 mm = 0.02 m 2- calcul des surfaces efficaces du piston Les surfaces efficaces du piston : En poussée : S p = π/4 x D² = 0.7854 x (0.05 )² = 0.0020 m² En traction : St = π/4 x ( D² - d² ) = 0.7854 x (( 0.05 )² - ( 0.02 )² ) = 0.0017 m² 3- Calcul des forces de poussée et de traction Force de poussée : F p = P x S p = 500000 Pa x 0.0020 m² = 1000 N Force de traction : F t = P x S t = 500000 Pa x 0.0017 m² OFPPT/DRIF

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= 850 N On conclut que la force de traction est plus faible que celle de la poussée à cause de la surface réduite par la tige du vérin . Pour donner par exemple la poussée en Kilogramme, et avec l’attraction terrestre de g =10N/Kg. on aura : m=F/g m = 1000/10 = 100 kg V3.5 Caractéristiques des vérins : Les caractéristiques des vérins peuvent être calculées soit sur une base théorique, soit à l’aide des données du constructeur. ► Poussée : Voir V.3.4 ( calcul des forces d’un vérin) ► Course : Pour les vérins pneumatiques, la course ne devrait jamais dépasser 2 m (10 m pour les vérins sans tige) Lorsque la course dépasse une certaine valeur limite, la fatigue mécanique de la tige de piston et du coussinet devient excessive. Pour éviter tout risque de flambage, il est conseillé d’augmenter le diamètre de la tige du piston pour les courses très longues. ► Vitesse du piston : La vitesse du piston d’un vérin pneumatique est fonction de la résistance rencontrée, de la pression d ‘air, de la longueur du réseau de distribution et de débit du préactionneur. Pour les vérins de série, la vitesse moyenne du piston varie entre 0.1 et 1.5 m/s. Avec les vérins spéciaux tels que les vérins de percussion, la vitesse peut atteindre 10 m/s. La vitesse du piston peut être ralentie à l’aide de réducteurs de débit. ► Consommation d’air : Pour disposer de la quantité d’air nécessaire ou pour dresser un bilan énergétique, il importe de connaître avec précision la consommation en air de l’installation. Pour une pression de service déterminée, pour un diamètre de piston et une course données, la consommation d’air se calcule comme suit : Consommation d’air = Taux de compression x Surface de piston x Course NB : OFPPT/DRIF

Taux de compression = 1.013 + pression de service ( en bar ) / 1.013 49

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Exercices V3 1- Un vérin de 25 cm de diamètre muni d’une tige de 5 cm de diamètre et soumis à une pression de 200 KPa . a) Calculer la surface efficace de poussée ? ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………….. b) Calculer la surface efficace de traction ? ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… c) Calculer la force de poussée du vérin ? ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… d) Calculer la force de traction du vérin ? ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… e) Calculer la masse maximale que peut pousser le vérin ? ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………….. 2- Si l’on double la pression de service du vérin, quelle sera la masse max que pourra pousser le vérin ? ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………. 3- Si l’on double le diamètre d’alésage du vérin (avec P = 200KPa ), quelle sera la masse max que pourra pousser le vérin ? ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………….. 4- Avec un vérin de 5cm de diamètre et 20 cm de course. Calculer la consommation en air, sachant que la pression de service est de 6 bar. OFPPT/DRIF

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………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………. V.3.6 Les oscillateurs et les moteurs pneumatiques : V.3.6.1 Les oscillateurs : Les oscillateurs ont, selon leur conception, la particularité de transformer un mouvement linéaire en mouvement rotatif. Ils peuvent être à aube ou à crémaillère et être montés sur une tige de vérin. La figure 3.6.1 représente un oscillateur dont l’axe rotatif est actionné par le mouvement de la tige d’un ou de deux vérins.

Figure 3.6.1 oscillateur à crémaillère ( Doc. Parker) Le fonctionnement d’un oscillateur à crémaillère est fort simple : la tige du vérin sert de crémaillère sur laquelle est monté un engrenage. Lorsque la tige sort ou entre dans le vérin , l’engrenage est entraîné pour effectuer un travail rotatif. Ce type d’oscillateur peut, selon la longueur de la crémaillère, faire plus d’une rotation. V3.6.2 Les moteurs pneumatiques : On appel moteurs pneumatiques des organes dont la particularité est de transformer de l’énergie pneumatique en mouvement de rotation mécanique. Ce mouvement est permanent. Le moteur pneumatique procurant une rotation sans limite d’angle compte aujourd’hui parmi les plus utilisés des éléments de travail fonctionnant à l'air comprimé. Il existe plusieurs principes de constructions des moteurs ( palettes, pistons, turbine…). Leur vitesse de rotation et leur puissance dépendent de chacun d’eux. De plus, la plupart des moteurs pneumatiques peuvent fonctionner dans les deux sens de rotation

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moteur pneumatique (Doc. Festo)

V.4 les réducteurs de débit (étrangleurs) et les valves d’arrêt : Souvent on a besoin de contrôler la vitesse de sortie ou de rentrée de la tige du vérin pour accomplir un travail. Par ailleurs les gaz sont expansibles et que cette caractéristique a pour effet de créer une grande vitesse de mouvement de la tige d’un vérin. Pour contrer cet effet, il suffit de contrôler le débit d’air qui entre ou qui sort d’un vérin à l’aide d’un dispositif réglable. V.4.1 Réducteurs de débit Les réducteurs de débit servent à modifier le débit de l’air comprimé . ils sont généralement réglables, ce réglage peut être bloqué . On utilise les réducteurs de débit pour le contrôle de la vitesse de déplacement des vérins . Un réducteur de débit ne doit jamais être complètement fermé. On distingue deux types  les réducteurs de débit bidirectionnel Ils ont pour effet de réduire la vitesse dans les deux sens . Si l’on monte ses réducteurs sur les lignes d’alimentation des vérins, la vitesse de sortie et celle de rentrée ne pourront être réglées séparément.

Réducteur de débit bidirectionnel ( Doc. Festo )  les réducteurs de débit unidirectionnel

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Dans le cas du réducteur de débit unidirectionnel, l’étranglement du flux d’air n’agit que dans un sens . Il y a un clapet antiretour (valve d’arrêt) qui ferme le passage dans un sens , obligeant le flux d’air à passer par la section réglable. Dans le sens opposé, l’air peut passer librement par le clapet antiretour ouvert. Ces réducteurs servent à réguler la vitesse des vérins pneumatiques, il est recommandé de les monter directement sur les vérins.

Réducteur de débit unidirectionnel ( Doc Legris ) V.4.2 Montage des soupapes d’étranglement V.4.2.1 Réduction à l’alimentation Dans le cas d’une réduction sur l’alimentation, les réducteurs unidirectionnels sont montés de façon à freiner l’air d’alimentation en amont du vérin. L’échappement se fait librement par le clapet antiretour placé à la sortie .

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Réduction à l’alimentation ( Doc. Festo ) V.4.2.2 Réduction à l’échappement Dans le cas d’une réduction à l’échappement, l’air d’alimentation parvient librement au vérin, alors que l’étranglement placé sur la conduite de sortie oppose une résistance à l’air d’échappement. Le piston est pris entre la pression d’alimentation et la résistance opposée par l’étranglement monté sur le retour. Cette disposition des réducteurs unidirectionnels contribue à l’amélioration des conditions d’avance des vérins. C’est pourquoi l’on devrait toujours utiliser la réduction à l’échappement sur les vérins à double effet.

Réduction à l’échappement ( Doc. Festo )

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V.4.3 Calcul de la vitesse des vérins : On exprime la vitesse de déplacement de la tige d’un vérin en mètres par seconde ( m/ s ). Il suffit de faire le rapport de la longueur de la tige du vérin , et de calculer approximativement le temps de déplacement de la tige . Exemple Un vérin muni d’une tige de 10 cm prend 2 secondes pour sortir et 6 secondes pour rentrer. Les vitesses de déplacement du vérin sont : V sortie = 0.1m/2s = 0.05m/s V rappel = 0.1m/6s =0.017m/s

Exercice V4 : Un vérin muni d’une tige de 25 cm doit se déplacer à une vitesse de 0.05 m/s pour la sortie et à 0.1 m/s pour le rappel. a) Calculer le temps pour chaque déplacement ? ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………... b) Calculer le débit nécessaire à la sortie de ce vérin, sachant que le diamètre du piston est de 6 cm ? ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… b) Faire le schéma avec un étranglement à l’échappement : ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… OFPPT/DRIF

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……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………

V4.4 Les valves de pression : Les valves de pression sont réparties en trois groupes principaux : • soupape de sécurité • soupape de séquence • régulateur de pression V4.4.1 Soupape de sécurité : Les soupapes de sécurité sont raccordées en aval du compresseur, de façon à limiter, pour des raisons de sécurité, la pression du réservoir et assurer une pression d’alimentation correcte. V4.4.2 Soupape de séquence : On utilise la soupape de séquence lorsqu’on veut disposer d’un signal indépendant de la pression principale pour commuter une commande.

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Soupape de séquence ( Doc. Festo )

Fonctinnement : Lorsqu’il atteint la pression préréglée, le signal de commande provoque l’actionnement du distributeur 3/2 incorporé. Inversement, le distributeur revient à sa position initiale lorsque le signal de commande repasse au-dessous de son seuil de pression.

V.5 Les temporisateurs pneumatiques : De nombreux automatismes pneumatique ont besoin de temporiser des actions. La temporisation d’un signal peut être définie comme étant l’obtention d’un effet différé suite à la détection d’un signal de commande (ou de déclenchement). Le temporisateur pneumatique se compose d’un distributeur 3/2 à commande pneumatique, d’un réducteur de débit unidirectionnel et d’un petit réservoir d’air. Le distributeur 3/2 peut être indifféremment ouvert au repos ou fermé au reps. La temporisation varie généralement entre 0 et 30 secondes sur les deux types de distributeurs. Selon le type de distributeur 3/2 ( ouvert au reps ou fermé au repos), le temporisateur peut être de type positif ou de type négatif.

► Temporisateur de type positif : possède une sortie qui, à l’état de repos, est inactive ( pas de pression ). Symbole

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Temporisateur type positif (Doc. Festo)

► Temporisateur de type négatif : possède une sortie qui, à l’état de repos, est déjà sous pression (sortie active). Symbole

Temporisateur de type négatif ( Doc . Festo ) OFPPT/DRIF

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► Schéma de circuit avec temporisateurs : Dans la figure « V.5.2 », on utilise deux temporisateurs. L’un des capteurs (1.5) est fermé au repos, l’autre (1.4) est ouvert au repos. Une action sur le bouton poussoir de démarrage (1.2) provoque l’envoi d’un signal au distributeur (1.4) et de là, à l’entrée 14(z) du distributeur. Le vérin (1.0) sort. Le temporisateur est déjà réglé pour une temporisation (p.ex. 2s). Cela suffit à provoquer le mouvement de sortie. Le signal présent à l’entrée 14(z) est ensuite aussitôt effacé par le signal de commande 10(z) du temporisateur. La tige du vérin actionne le capteur de fin de course (1.3). Le signal présent au niveau du temporisateur (1.5) ouvre le distributeur dès que la temporisation est écoulée. Le temporisateur envoi alors un signal à l’entrée 12(y) du distributeur. Ce dernier commute et fait rentrer le vérin . Un nouveau cycle peut alors être initié par une action sur 1.2.

Figure V.5.2

V.6 Les fonctions logiques pneumatiques ( cellules ou portes) : Les fonctions logiques permettent de réaliser différents tâches suivants l’état dans lequel se trouve le réseau. En effet, il peut s’avérer nécessaire d’activer un actionneur lorsque certaines conditions se présentent simultanément. De même , il est parfois nécessaire de combiner plusieurs fonctions logiques de base afin de concrétiser un cycle de fonctionnement d’un système pneumatique complexe . Les fonctions logiques de base sont :  La cellule OUI  La cellule NON  La cellule ET OFPPT/DRIF

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 La cellule OU  La cellule mémoire

Les symboles de ces fonctions logiques pneumatiques sont représentés dans le tableau ci-dessous.

Symbole

Type Cellule OUI Cellule NON Cellule OU Cellule ET Cellule MEMOIRE

Tables de vérité de ces fonctions logiques de base, qui résume le principe de fonctionnement de chaque cellule (fonction) : TABLE DE VERITE : CELLULE OUI & CELLULE NON Type Table de vérité Type Table de vérité Entrée#1 Sortie Entrée#1 Sortie Cellule OUI Cellule NON 0 0 0 1 1 1 1 0 TABLE DE VERITE : CELLULE ET & CELLULE OU Type Table de vérité Type table de vérité Entée#1 Entée#2 Sortie Entrée#1 Entrée#2 Sortie 0 0 0 0 0 0 Cellule ET Cellule OU 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 Type Cellule mémoire

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TABLE DE VERITE : CELLULE MEMOIRE Table de vérité Entrée#1 Entrée#2 Sortie 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0

Sortie inverse 1 0 0 1 1

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Exemple de schéma :

Fonction ET

Fonction OU

Cellule OUI : Fonctionnement Le signal de sortie « 3 » est présent si le signal commande « 1 » est pressent 3=1

Cellule NON : Fonctionnement En l’absence du signal de commande « 1 » l’orifice de sortie « 3 » est mis en pression. Le signal de sortie est donc l’inverse du signal de commande 3 = NON 1 =/1 . Cellule ET : Fonctionnement Le signal de sortie «3 » ne peut être présent que si les deux signaux de pression « 1 »ET « 2 »sont présents simultanément. 3 = 1 ET 2 = 1 x 2 Cellule OU : Fonctionnement Le signal de sortie « 3 »est présent OFPPT/DRIF

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dès qu’un signal de pression « 1 » OU « 2 »est présent (ou les deux ) 3 = 1 OU 2 = 1 + 2

Cellule MEMOIRE : Fonctionnement L’apparition D’un signal d’inscription « 14 » provoque le déplacement de l’équipement mobile L’orifice de sortie « 4 » est mis en pression. Cet état est pris en mémoire jusqu’à l’arriver du signal d ‘effacement « 12 »qui provoque le déplacement inverse, la sortie « 2 »est mis sous pression .Cet état Doc. JOUCOMATIC aussi est pris en mémoire. ► Fonction ET par sélecteur de circuit Problème : Un poste de transfert doit prélever des pièces sur un convoyeur. La tige du piston du vérin A sort lorsque le distributeur 3/2 à galet est actionné par la pièce ET qu’un distributeur à bouton poussoir est actionné par l’opérateur. Dés que le bouton poussoir est relâché, le vérin A revient à sa position initiale. Sélecteur de circuit ET

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La fonction logique ET des signaux des capteurs « 1.2 » et « 1.4 » est assurée par le sélecteur à deux clapets « 1.6 ». ► Fonction OU par sélecteur de circuit Problème : Un vérin double effet est chargé de prélever des pièces dans un magasin de pièces . Lorsqu’on actionne un bouton poussoir OU une pédale, la tige de piston sort jusqu’en position de fin de course et revient aussitôt. La détection de fin de course est assurée par un capteur 3/2 à galet. Sélecteur de circuit OU

La combinaison logique OU des signaux des capteurs « 1.2 » et « 1.4 » est assurée par le sélecteur de circuit « 1.6 ». Exercices V.6

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1. La tige d’un vérin à simple effet doit sortir lorsqu’on actionne deux boutons poussoirs simultanément, et revient à sa position initiale lorsqu’on relâche l’un des boutons poussoirs. Etablir le schéma relatif à cette commande ? ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………. 2. Un vérin à double effet sort lorsqu’on appuis sur l’un des deux boutons pneumatiques situé devant l’opérateur ,et rentre si aucun des deux poussoirs n’est actionné. Etablir le schéma relatif à cette commande ? ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… 3. Un vérin à double effet est commandé par un distributeur 5/2 à commande par poussoir, avec possibilité de réglage des vitesse de sortie et d’entré indifféremment par réduction sur l’alimentation ? Etablir le schéma relatif à cette commande ? ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………….

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……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………… VI. LES CIRCUITS DE COMMANDE PNEUMATIQUES : VI.1 Le schéma de principe d’une installation pneumatique : Une installation pneumatique se compose de deux parties : ♦ Le bloc de commande ♦ la partie puissance Le bloc de commande traite de l’introduction des signaux (capteurs) et de leur traitement . L’introduction des signaux peut se faire ♦ manuellement ♦ par moyen mécanique ♦ électriquement ♦ par d’autres moyens La partie puissance, elle se découpe en trois sections : ♦ La partie alimentation en énergie ♦ la partie distribution de l’énergie ♦ la partie opérative (actionneurs) Enfin, le schéma de principe est la représentation graphique de la structure d’une installation pneumatique . Il montre les interconnexions qui existent entre les différents composants à l’aide de symboles graphiques. Par contre, ce schéma ne tient pas compte de l’emplacement réel des composants car cette configuration se trouve plutôt dans le schéma d’implantation. Dans le schéma de principe, les composants de l’installation sont représentés dans le sens de l’écoulement du fluide et ce, selon la disposition suivante : OFPPT/DRIF

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♦ en bas du schéma : l’alimentation en énergie ♦ au milieu du schéma : le réseau de distribution de l’énergie ♦ en haut du schéma :les actionneurs De plus, le schéma doit respecter les normes suivantes : ♦ les distributeurs sont toujours représentés en position horizontale ♦ les conduites d’air comprimé sont en traits rectilignes et sans croisement ♦ si la commande est complexe comprend plusieurs organes de travail , il est nécessaire de la diviser en chaînes de commande (une par organe de travail) ♦ si le schéma comprend plusieurs chaînes de commandes, elles doivent être dessinées et numérotées dans l’ordre chronologique des opérations ♦ tous les appareils sont en position de départs (l’état de repos). VI.2 Commande directe : On dit qu’un circuit est à commande directe lorsqu’un distributeur de commande alimente directement un actionneur . La figure 6.3 présente le schéma de commande directe d’un vérin à simple effet .

figure 6.2 :commande directe d’un vérin à simple effet Pour commander un vérin à simple effet , on se sert d’un distributeur 3/2. Cependant, la plupart des distributeurs de commande 3/2 ont un débit restreint, de sorte qu’un tel montage s’avère inefficace pour fournir l’air d’alimentation à un vérin de volume considérable. La commande directe peut seulement satisfaire avec efficacité les besoin en air comprimé d’un très petit vérin. Pour commander un vérin à double effet, on peut se servir de deux distributeurs 3/2 à commande manuelle, ou plus simplement, d’un seul distributeur 4/2 ; Les deux possibilités sont présentées à la figure 6.4.

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figure 6.3 : commande directe d ‘un vérin à double effet Dans le premier cas, le montage avec deux distributeurs 3/2 crée un risque de chevauchement, car il est possible d’actionner les deux boutons poussoirs simultanément. Dans le second montage , l’usage d’un distributeur 4/2 diminue l’encombrement et élimine les risques de chevauchement . Pour les mêmes raisons que celles énoncées dans le cas des vérins à simple effet , la commande directe d’un vérin à double effet est à proscrire si l’on considère le volume d’air du vérin trop grand. VI.3 Commande indirect : La commande indirecte permet entre autres de résoudre le problème de consommation d’air des actionneurs en faisant usage d’un distributeur de puissance. C’est la raison pour la quelle on appelle les distributeurs de puissance préactionneurs. ► Vérin à simple effet : Dans un circuit de commande indirecte, le distributeur de commande envoie un signal de commande au préactionneur. Le préactionneur se charge alors de fournir toute la quantité d’air nécessaire au fonctionnement efficace de l’actionneur la figure 6.4 montre la commande indirecte d’un vérin à simple.

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figure 6.4 : commande indirecte d’un vérin à simple effet Remarque : L’usage d’un trait pointillé sur le circuit de la fig 6.4 représente une canalisation d’un signal de commande. Les traits pleins identifient les canalisations de l’air d’alimentation. ► Vérin à double effet : La commande indirecte d’un vérin à double effet fait appel à un distributeur de puissance muni d’un double pilotage. La figure 6.5 montre le schéma de branchement avec un distributeur 5/2. On aurait aussi pu utiliser un distributeur 4/2 et obtenir un fonctionnement semblable.

figure 6.5 : commande indirecte d’un vérin à double effet VI.4 Séquences à plusieurs actionneurs : Il est fréquent que l’on trouve la représentation symbolique de tous les composants d’un circuit sur un seul schéma complexe. Ce circuit peut comprendre plusieurs actionneurs, dont les vérins et les moteurs rotatifs, les composants de commande, comme les différents distributeurs, les fonctions OFPPT/DRIF

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logiques (ET, OU…), des soupapes de séquence. On doit donc très bien connaître les symboles pneumatiques et les différentes représentations du déroulement des phases.

Description : Lors de la conception d’une séquence, la première approche consiste à décrire le système de manière textuelle. Un énoncé écrit explique les principales phases du cycle de fonctionnement d’une machine. La description textuelle est toutefois très peu efficace et porte parfois à confusion, comme en témoigne l’énoncé du système de convoyeurs qui suit. «Dans un entrepôt, les boîtes sont acheminées vers leur lieu d’entreposage par un ensemble de convoyeurs et de vérins. Le déplacement des boîtes d’un convoyeur à l’autre se fait à l’aide de deux vérins. Lorsqu’une boite arrive à l’extrémité d’un convoyeur, elle est placée sur un monte charge pneumatique qui la hisse vers un autre convoyeur. Lorsque la boîte est prés du deuxième convoyeur, un autre vérin la pousse sur celui-ci. La tige du premier vérin descend lorsque du deuxième vérin est en fin de course avant. La tige du deuxième vérin rentre seulement lorsque celle du premier est entièrement rentrée. » Pour la plupart des systèmes commandés en fonction du déplacement, il est préférable d’associer une identification par lettre à chaque vérins et de traduire le cycle de fonctionnement par une séquence : A+ B+ A- Bdans laquelle A correspond au monte-charge et B au vérin de transfert. Les signes désignent la phase de travail, soit le signe « + » pour la sortie d’un vérin et le signe « - » pour son rappel. La séquence du système de convoyeurs peut donc se résumer de la manière suivante : - montée du monte-charge (A+) - sortie du vérin de transfert (B+) - descente du monte-charge (A-) - rappel du vérin de transfert (B-) Par ailleurs, cette identification correspond exactement aux signaux de commande des préactionneurs. Par exemple « A+ » désigne l’impulsion transmise au préactionneur « A » pour commander la phase active du montecharge. L’identification «A- » correspond à l’impulsion qui commande la phase de rappel sur le préactionneur du monte-charge.

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►Chronogramme Pour rendre encore plus explicite le fonctionnement d’une machine, on élabore un diagramme indiquant le déplacement des actionneurs en fonction du temps. On appelle ce genre de graphe un chronogramme ou un diagramme pas-à-pas.

Diagramme de phases

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figure 4.4 Schéma pneumatique de montage ► Mode de fonctionnement : OFPPT/DRIF

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En milieu industriel, les machines fonctionnent habituellement selon une cadence continue. Les systèmes pneumatiques doivent aussi être munis de dispositifs leur permettant de répéter plusieurs fois de suite la même séquence afin de fonctionner en mode automatique.

Commande automatique Exercice VI.4 : 1- Trois vérins à double effet exécutent la séquence suivante :

A+ B+ C+ A- B- CLa sortie du vérin A est commandée par un bouton-poussoir uniquement si les vérins B et C occupent la position complètement rentrée. Liste des composants : …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………

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………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Diagramme de phases …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

Schéma de la séquence

2- Comment traduit-on l’énoncé du cycle de fonctionnement d’une machine ? …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

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3- A quoi sert un diagramme fonctionnel (Chronogramme) ? …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

4- Que signifie un trait pointillé sur un schéma de montage ? …………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

5- Que signifie l’inscription «B+» placée à côté d’un distributeur ? …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

6- Que signifie l’inscription « c0 » placée à côté d’un capteur de fin de course ? …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

VI.5 Séquenceur pneumatique : Le séquenceur pneumatique est un moyen de réalisation des automatismes. Grâce à sa structure modulaire, le séquenceur empêche les chevauchements de signaux, car à chaque pas du cycle de fonctionnement d’une séquence correspond un module. Ce module émet l’ordre du mouvement prévu à un pas donné, puis reçoit en retour le signale de fin d’exécution de ce mouvement. De ce fait un et un seul module est actif à la fois et la séquence se déroule dans l’ordre.

► Description du séquenceur pneumatique Le séquenceur pneumatique est une association linéaire de modules. Chaque module est constitué d’une mémoire bistable et de portes logiques ( ET, OU).

Description schématique du fonctionnement d’un module

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A chaque pas du cycle de fonctionnement d’une séquence correspond un module de séquenceur. Si la séquence nécessite quatre pas par exemple, le séquenceur comportera quatre modules. Le déroulement s’effectue comme suit : - l’action associée à un module a lieu seulement si le module est actif. - un module est considéré activé si le module précèdent est actif et que le signal de commande devient valide - un module reste activé tant que le module suivant demeure inactif - un module doit être désactivé si le module suivant devient actif ► Schéma logique d’un séquenceur

► Symbolisation du séquenceur : Il existe un standard pour la symbolisation des séquenceurs. Puisque les séquenceurs présentent des particularités différentes selon le fabricant, il est préférable de représenter les séquenceurs par un symbole standard beaucoup plus simple.

Symbolisation du séquenceur La lettre « P » désigne l’alimentation air comprimé de ce séquenceur composé de quatre modules. La sortie de chaque module est désignée par la lettre « S » suivie du chiffre du module correspondant. Ainsi, l’orifice S1 indique la sortie du module 1 et émet l’ordre du mouvement prévu au premier pas. OFPPT/DRIF

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D’autre part, les entées identifiées par la lettre « R » indiquent les signaux d’activation de chaque module. Le signal d’enclenchement du cycle fait partie de la plaque de tête et les signaux des modules respectifs restent alignés. Ainsi, le bouton de « départ cycle » autorise le déroulement de la séquence en permettant à l’action S1 de s’accomplir. Dès que l’entrée R1 détecte que l’action S1 a été effectuée, le module 1 est remet à zéro. C’est au tour du module 2 de devient actif ( sortie S2 ) jusqu’à l’obtention du signal retour R2. La séquence se poursuit ainsi jusqu’à la fin du cycle. ► Résolution d’une séquence : Avec un séquenceur, la résolution d’un cycle est immédiate. Chaque mouvement ou chaque pas de commande correspond à un module du séquenceur.

Exemple Etant donner le cycle représenté par le chronogramme (diagramme pas-à-pas) suivant :

La séquence de vérins à double effet compte six pas de commande. Outre les plaques d’extrémité de tête et de queue, l’ensemble du séquenceur comptera OFPPT/DRIF

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six modules. Si l’on considère qu’un bouton poussoir permet de démarrer le cycle, on obtient le séquenceur suivant :

Il suffit ensuite de relier les sorties aux orifices de pilotage des préactionneurs pour commander chacun des vérins. Les signaux d’entrée proviennent des capteurs de fin de course . Le schéma complet de cette séquence est représenté dans la figure suivante :

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Schéma de montage du cycle A+ B+ B- C+ C- A- avec séquenceur Il est à noter que le séquenceur pneumatique ne remplace pas les distributeurs de commande (boutons-poussoirs, fin de course, galets …) et les préactionneurs Le but d’un séquenceur consiste à faire évoluer la séquence dans l’ordre prévu, sans se soucier des chevauchements de signaux. Aucun signal in désirable ne peut perturber le déroulement d’un séquenceur pneumatique. On peut modifier facilement les modes de marches, les modes d’arrêt pour accroître la sécurité. Par contre, à cause de son coût assez considérable et de son encombrement, il devient inutile d’ajouter un séquenceur pneumatique pour réaliser un cycle simple, sans chevauchement tel que :

A+ B+ A- B-

VII COMMANDE DES CIRCUITS ELECTROPNEUMATIQUES : Avec l’avènement de l’automatisation, il est devenu essentiel d’adopter les dispositifs de commandes des circuits pneumatiques de manière à rendre compatibles leurs signaux avec ceux des automates programmables par exemple En utilisant l’électricité comme source de commande de certains composants pneumatiques d’où l’électopneumatiques. VII.1 Electodistributeurs : On appelle électrodistributeur un distributeur pneumatique commandé à l’aide d’un signale électrique. On compte principalement deux sortes Electodistributeurs : - à pilotage électrique - à pilotage électropneumatique Pilotage électrique Sur un électrodistributeur à pilotage électrique, l’action de la tige reliée au plongeur d’une solénoïde agit directement sur le tiroir du distributeur.

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Distributeur à pilotage électrique (Doc. Parker) A la figure un solénoïde sert à activer le distributeur. Pour que le distributeur demeure enclenché, il faut maintenir une tension aux bornes du solénoïde, sans quoi le ressort placé du côté opposé de la solénoïde replacera le tiroir du distributeur à l’état de repos. A l’instar des distributeurs pneumatiques, il existe aussi des modèles Électropneumatique bistables

Distributeur à double pilotage (Doc. Joucomatic) Pilotage électropneumatique L’expression « pilotage électropneumatique » signifie que par le déplacement de sa tige, le solénoïde ouvre le passage à l’air comprimé afin de piloter le tiroir du distributeur, donc c’est l’air qui déplace le tiroir du distributeur sous la commande d’un signal électrique. Noter qu’avec ce genre de distributeur, il faut absolument que la pression de l’air d’alimentation soit présente avant l’application du signal électrique, sinon la bobine aura tendance à surchauffer et risque d’endommagera le solénoïde. VII.2 Commutateurs mécaniques et commutateurs magnétiques : Les commutateurs mécaniques ont pour fonction de transmettre un signal électrique sous l’action d’une force mécanique. Ils peuvent être des ( NO ) ou des ( NF ). Toutefois, ces commutateurs sont de moins en moins utilisés en industrie. Comme ils doivent être installés en fin de la tige des vérins, ils sont encombrants et tendance à se déplacer ou à se

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désajuster. Ils sont remplacés par les commutateurs magnétiques. Sans contredit, les commutateurs magnétiques sont les plus préformants sur le marché pour effectuer la commande des circuits électopneumatiques. Ils ont la capacité de détecter la présence du piston d’un vérin. Ils s’installent aussi très facilement sur le pourtour du cylindre. Commutateurs électromécaniques

Commutateurs magnétiques installés sur un vérin VII.3 Conception des schémas de commande électopneumatiques : Pour concevoir le schéma de commande des circuits électopneumatiques, on trace un schéma électrique (des boutons poussoirs, des commutateurs et des relais…) qui servent d’éléments de commande aux solénoïdes des Electodistributeurs. Commande d’un vérin à double effet On sait qu’un vérin à double effet nécessite l’usage d’un distributeur à double pilotage . Comme une seule impulsion suffit à piloter le distributeur, il n’est pas nécessaire de maintenir l’action ou de la mémoriser. Une impulsion sur le bouton Poussoir de sortie déplace le tiroir de l’électrodistributeur et provoque la sortie du vérin. Dès que le vérin actionne le commutateur de fin de course «a1 », l’électrodistributeur

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est rappelé en position initiale et le vérin rentre automatiquement

Commande automatique d’un vérin à double effet Commande d’un vérin à simple effet Un distributeur 3/2 suffit pour commander un vérin à simple effet. Et comme le pilotage du distributeur s’oppose à un ressort de rappel, il faut maintenir la commande de pilotage jusqu’à ce que le vérin ait complété sa course de sortie .

Commande de deux vérins Exemple : On veut commander un vérin A à double effet et un vérin B à simple effet de manière à réaliser la séquence suivante : A+ B+ A- BLa méthode consiste à jumeler les deux premiers schémas de commande vus précédemment.

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Schéma électropneumatique de la séquence A+ B+ A- BExercice VII.3 Soit la séquence suivante de vérins à double effet : A+ B+ A- BEtablir le schéma électropneumatique de cette séquence, sachant qu’en cas de panne électrique, les deux vérins reprennent leur état initial.

Schéma de la séquence A+ B+ A- B- monostable

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Module N° 11 : Analyse de circuits pneumatiques GUIDE DES TRAVAUX PRATIQUES

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I. TP 1 : Analyse d’un réseau de distribution I.1. Objectif(s) visé(s) : - être capable d’étudier un plan d’un réseau de distribution d’air comprimé - être capable de vérifier l’installation d’un réseau de distribution d’air comprimé - être capable à remédier les anomalies d’un réseau de distribution d’air comprimé I.2. Durée du TP: 2 heures I.3. Matériels: - plans du réseau de distribution d’air comprimé - des feuilles et des moyens de dessin (crayon, gomme,…) I.4. Description du TP : A partir des plans du réseau ou de l’installation elle-même, vous devez vérifier la disposition de tous les composants du réseau de distribution d’air comprimé, en tracer le schéma, noter les anomalies et proposer les corrections et les améliorations nécessaires. I.5. Déroulement du TP

1. Faites d’abord la lecture complète des diverses étapes de cet exercice 2. Avant de suivre le réseau de distribution, étudier les plans en identifiant les divers composants du réseau 3. tout au long de l’exercice, complétez le tableau de la figure 1 : 4. Localisez dans l’atelier, les divers composants 5. vérifier si la disposition de chaque élément est conforme aux normes 6. notez les anomalies du réseau 7. tracez le schéma du réseau de l’atelier en y ajoutant les amélioration 8. faites vérifier votre travail

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figure 1 : tableau de vérification

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II -TP 2 : Fonctionnement des distributeurs II.1. Objectif(s) visé(s) : - être capable d’identifier un distributeur - savoir le vérifier - différencier entre les différents distributeurs(3/2,4/2, 4/2) II.2. Durée du TP: 2 heures II.3. Matériel : - unité de conditionnement d’air - distributeur 3/2 à poste marche-arrêt - distributeurs 3/2, 4/2, 5/2 - 2 manomètre -

boyaux de raccordement

II.4. Description du TP : Dans ce TP, vous devrez monter chaque distributeur et vérifier différences de fonctionnement de chacun d’eux.

1

les

II.5. Déroulement du TP 1. Faites d’abord la lecture complète des diverses étapes de ce TP 2. Montez l’unité de conditionnement d’air et assurez-vous que le réglage de la pression est adéquat. 3. Monter le distributeur 3/2 à poste marche-arrêt comme l’indique la figure 2.1 Placez-le en position d’arrêt. Ce distributeur sert à commander l’ouverture et la fermeture de la conduite d’alimentation de façon sécuritaire.

figure 2.1 OFPPT/DRIF

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4. Réglez la pression de travail à environ 400kPa (4 bars) à l’aide du

régulateur de pression 5. Avec chaque distributeur à vérifier, il faut faire les étapes suivantes/ a. montez un boyau entre la sortie du poste marche-arrêt et l’entrée du distributeur identifiée par la lettre P b. raccordez un manomètre à chaque sortie (A et B) du distributeur c. assurez-vous que les boyaux de raccordement sont bien fixés d. placez le poste d’alimentation en position marche e. actionnez le distributeur et vérifiez par quel orifice l’air circule à l’aide des manomètres f. remplissez la grille de vérification de la figure 2.2 afin de comparer les caractéristiques de chacun. 6. Faites vérifier vos réponses, puis rangez votre poste de travail ainsi que tous les composants pneumatiques utilisés pour ce TP II.6 Sécurité et hygiène : Attention un raccord mal fixé peut se détacher sous l’effet de la pression et causer un accident. L’inversion du branchement des orifices transforme un distributeur 3/2 N.O par exemple en un distributeur 3/2 N.F Au repos, l’air circule ne circule pas

En action, l’air circule ne circule pas

Distributeur 3/2 N.F Distributeur 3/2 N.O Distributeur 4/2 Distributeur 5/2

OFPPT/DRIF

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III. TP 3 : Fonctionnement des vérins III.1. Objectif(s) visé(s) : -

Savoir commander un vérin à simple effet savoir commander un vérin à double effet choisir le préactionneur convenable à chaque type de vérin Lire les pressions de fonctionnement des vérins

III.2. Durée du TP: 2 heures

III.3. Matériels: - unité de conditionnement d’air comprimé - distributeur 3/2 à poste marche-arrêt - 2 distributeurs 3/2 N.O et 3/2 N.F - vérin à simple effet - vérin à double effet - 2 manomètres - boyaux de raccordement III.4. Description du TP : Dans ce TP, vous devrez commander les vérins à l’aide de distributeurs et vérifier leur comportement en fonction de la pression. III.5. Déroulement du TP 1. Faites la lecture complète des diverses étapes de ce TP. 2. Montez le distributeur 3/2 à poste marche-arrêt à la suite de l’unité de 2

conditionnement et réglez la pression de travail à environ 300 kPa (3 bars) 3. Faites le montage de la figure 3.1 4. Placez le poste d’alimentation en position «marche » et pressez le bouton poussoir. Comment le vérin réagit-il?

…………………………………………………. …………………………………………………. OFPPT/DRIF

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………………………………………………….. …………………………………………………. figure 3.1.

5. Est-ce que le manomètre indique la pression maximale en début de course, à la mi-course ou en fin de course du vérin ? ……………………………………………………………………………………

6 .Coupez l’alimentation et remplacez le distributeur 3/2 N.F par le Distributeur 3/2 N.O. A l’état de départ, le vérin occupera la position sortie. 7. Mettez l’alimentation en marche et pressez le bouton poussoir. Comment le vérin réagit-il ? …………………………………………………………………………………………………

8. Est ce que le manomètre indique la pression maximale en début de course, à la mi-course ou en fin de course ? ……………………………………………………………………………………………….

9. Coupez l’alimentation et modifiez votre montage de la manière indiquée à la figure 3.2 afin de commandez un vérin à double effet.

figure 3.2 10.Mettez l’alimentation en marche et pressez le poussoir «A ». Comment le vérin réagit-il ? ………………………………………………………………………………………….. 11.Pressez le poussoir «B ». Comment le vérin réagit-il ? …………………………………………………………………………………………… 12.Pressez les deux poussoirs simultanément et observez le comportement du vérin. Expliquez l’effet en fonction de la pression et de la surface efficace du vérin . ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………

OFPPT/DRIF

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……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… III.6 Sécurité et hygiène : Dégagez la place nécessaire à la sortie du vérin, car il sortira immédiatement dès la mise sous pression du poste de travail

OFPPT/DRIF

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IV. TP4 Contrôle de la vitesse des actionneurs IV.1 Objectif(s) visé(s) - Contrôler la vitesse de sortie ou la vitesse de rappel de vérins à simple effet et vérin à double effet. IV.2 Durée du TP 3 heures IV.3 Matériels - unité de conditionnement d’air - distributeur 3/2 à poste marche-arrêt - 2 distributeurs 3/2 N.F à bouton poussoir et rappel par ressort - distributeur 3/2 N.F à pilotage pneumatique et rappel par ressort - distributeur 4/2 ou 5/2 à double pilotage pneumatique - étranglement réglable bidirectionnel - 2 étrangleurs avec clapet anti-retour - vérin à simple effet - vérin à double effet - 2 manomètres - tachymètre - boyaux de raccordement IV.4 Description du TP Dans ce TP, vous monterez des soupapes d’étranglement sur des actionneurs afin de réduire leur vitesse. Vous réglerez les vitesses des actionneurs suivant les spécifications de ce TP. IV.5 Déroulement du TP 1. Faites d’abord la lecture complète des diverses étapes de ce TP 2. Faites le montage du circuit de commande indirecte d’un vérin à simple effet ( figure 4.1). 3

figure 4.1 OFPPT/DRIF

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3. Faites l’essai du montage et faites varier le réglage de l’étranglement. Quel effet la soupape d’étranglement provoque-t-elle sur la vitesse du vérin ? ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………

4 4. Réglez la vitesse du vérin au minimum. Commandez la sortie de la tige et relevez la lecture des manomètres en débit et en fin de course. Attendez quelques secondes pour que la pression se stabilise avant de prendre la lecture en fin de course. En début de course de sortie : P distributeur = ………………… En fin de course : P distributeur =………………… En début de course de rappel : P distributeur = …………………

P vérin =……………………………. P vérin =……………………………

P vérin =……………………… 5. Modifiez votre montage afin de contrôler séparément la vitesse de sortie et de rappel de la tige du vérin à simple effet en utilisant deux étranglements réglables avec clapets anti-retour. 6. Réglez les étrangleurs pour obtenir le temps indiqué afin de trouver la vitesse de déplacement de la tige. Sortie : temps = 4 s ; longueur tige = …………m ; Rappel : temps = 2s ; longueur tige =………...m ;

vitesse = ………….m/s vitesse = ..………..m/s

7. Faites le montage du circuit de commande indirecte d’un vérin à double effet (figure 4.2)

OFPPT/DRIF

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figure 4.2 8. Faites l’essai de votre montage et faites varier le réglage de l’étranglement. Quel effet la soupape d’étranglement provoque-t-elle ? ……………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………….

9. L’étranglement de ce montage agit-il sur l’arrivée ou sur l’échappement d’air ? ………………………………………………………………………………………. 10.Réglez la vitesse du vérin au minimum. Commandez la sortie de la tige du vérin et relevez la lecture des manomètres en début et en fin de course. En début de course de sortie :

P piston = ……………………

P tige = …………………….

En fin de course :

P piston = …………………… P tige = ……………………. 11.Faites sortir lentement la tige du vérin. Si l’on bouge la tige du vérin lors de son mouvement de sortie, sa sortie s’effectue-t-elle de façon stable (sans àcoups) ?Pourquoi ? …………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………….. 12.Modifiez votre montage afin de régler la vitesse de sortie du vérin sur l’échappement d’air. Tracez le raccordement du vérin et de la soupape d’étranglement : ……………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………. 13.Faites sortir lentement la tige du vérin. Si l’on bouge la tige lors de son mouvement de sortie, sa sortie s’effectue-t-elle de façon stable ? Pourquoi ? …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… 14.Modifiez le montage afin de régler la vitesse de sortie et de rappel du vérin sur l’échappement d’air. 15. Réglez les étranglements pour obtenir les vitesses indiquées afin de trouver le temps de déplacement de la tige. Sortie : vitesse = 0.016 m/s ; longueur de la tige = ………m ; temps = ……s Rappel : vitesse = 0.033 m/s ; longueur de la tige =……….m ; temps =…….s 16. Faites vérifier votre travail OFPPT/DRIF

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V. TP5 Commande en fonction du temps et de la pression V.1 Objectif(s) visé(s) - Commander le rappel d’un vérin selon une période de temps - Commander le rappel d’un vérin en l’atteinte d’une pression préréglée V.2 Durée du TP 3 heures

V.3 Matériels - distributeur 3/2 N.F à bouton poussoir et retour par ressort - distributeur 3/2 N.F à galet et rappel par ressort - distributeur 4/2 ou 5/2 à double pilotage pneumatique - temporisateur pneumatique - soupape de séquence - vérin à double effet - étranglement réglable unidirectionnel - manomètre - fiches techniques des composants (facultatif) V.4 Description du TP Dans ce TP, vous prendrez connaissance du fonctionnement d’un temporisateur et d’une soupape de séquence réglable. Vous aurez aussi l’occasion d’expérimenter ces composants sur des circuits avec un vérin dont le rappel s’effectue automatiquement. V.5 Déroulement du TP 1. Faites la lecture complète des diverses étapes de ce TP 2. Relevez, dans les fiches techniques, le principe de fonctionnement des composants suivants et les consignes particulières à respecter - Temporisateur : …………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………….

- Soupape de séquence …………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………….

3. Faites l’essai du temporisateur et notez les caractéristiques suivantes ; - Etat de repos :……………………………………………… - Temporisation lors du réglage minimal :………………………………. OFPPT/DRIF

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-

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Temporisation lors du réglage maximal :……………………………….

4. Comment fait-on pour remettre le temporisateur à zéro ? Expliquez ……………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………….

5. Faites l’essai de la soupape de séquence réglable et notez les caractéristiques suivantes - Etat de repos :……………………………………………………………… - Pression détectée lors du réglage minimal :…………………………. - Pression détectée lors du réglage maximal :………………………… 6. Que se passe-t-il si le réglage de la pression est supérieur à la pression de travail ? Expliquez. ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………

7. Réalisez le montage de la figure 5.1 et faites-en l’essai. Ajoutez, si nécessaire, un étranglement pour contrôler la vitesse de sortie du vérin

figure 5.1 8. Faites varier le réglage du temporisateur. Que se passe-t-il si le réglage du délai du temporisateur est très court ? ……………………………………………………………………………… 9 Modifiez votre montage pour obtenir celui de la figure 5.2. Faites-en l’essai. 10. Sur ce circuit, quelle est la fonction du temporisateur ? ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… OFPPT/DRIF

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………………………………………………………………………………

figure 5.2 11. Réalisez le montage de la figure 5.3 et faites-en l’essai. Réglez l’étranglement pour obtenir un déplacement très lent de la tige du vérin.

figure 5.3 12. Faites varier le réglage de la vis du soupape de séquence et notez la lecture du manomètre à chacun des essais. - Vis de réglage = 100 kPa ; lecture du manomètre =……………………. - Vis de réglage = 300 kPa ; lecture du manomètre =…………………… OFPPT/DRIF

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- Vis de réglage = 500 kPa ; lecture du manomètre =…………………… 13.Sur l’espace ci-dessous, tracer le schéma de montage d’un circuit qui permet le rappel du vérin avec détection de la pression extrême. Respectez-les Normes d’élaboration d’un schéma pneumatique et des symbole des Composants. Remarque : Pour l’élaboration des schémas pneumatique, reportez-vous à l’annexe B placée à la fin de ce module. Cette annexe contient l’ensemble des symboles des composants pneumatiques.

Schéma : Rappel avec seuil de pression

OFPPT/DRIF

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14. Faites vérifier votre travail VI. TP Postes de commande d’un vérin (cellules logiques) VI.1 Objectif(s) visé(s) - Commander un vérin par l’entremise de différents postes de commande - Etudier et analyser le principe de fonctionnement des cellules logiques pneumatiques. - Identifier leur utilité industrielle VI.2 Durée du TP 3 heures VI.3 Matériels -

4 distributeurs 3/2 N.F à poussoir et retour par ressort 2 distributeurs 3/2 N.F à galet et retour par ressort distributeur3/2 N.F à sélecteur manuel distributeur 4/2 ou 5/2 à double pilotage pneumatique cellule OU cellule ET vérin à simple effet vérin à double effet boyaux de raccordement

VI.4 Description du TP Dans ce TP, vous devrez monter des circuits afin de commander différents modes de mise en marche et d’arrêt des actionneurs.

VI.5 Déroulement du TP 1. Faites la lecture complète des diverses étapes de ce TP 2. Réalisez le montage du circuit de la figure 6.1en réglant la pression à environ 4 bars.

OFPPT/DRIF

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figure 6.1 3. Faites l’essai du circuit et indiquez quelle fonction commande : la sortie du vérin : …………………………………………………………………. le rappel du vérin : ………………………………………………………………… 4. Remplacez la liaison série entre le distributeur 1.3et le distributeur 1.5 par une cellule ET. Que déduisez- vous ? …………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………

5. Réalisez le montage du circuit de la figure 6.2 et faites-en l’essai. Quelle est la différence entre ce circuit et un circuit de commande indirecte ordinaire ? ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………

figure 6.2 6. Si les deux poussoirs sont actionnés simultanément, comment le vérin réagitil ? …………………………………………………………………………………………………

7. Si l’on remplaçait le distributeur à bouton poussoir N.O par un N.F, comment le circuit réagit-il ? 8. Modifiez le montage pour obtenir le circuit de la figure 6.3. Faites-en l’essai. 9. Sur ce montage, quelle est la fonction des composants suivants : OFPPT/DRIF

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-

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bouton poussoir :……………………………………………………………. sélecteur :…………………………………………………………………… galet a0 :…………………………………………………………………… galet a1 :……………………………………………………………………

figure 6.3 10. Faites vérifier votre travail

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VII. TP 7 Réalisation des séquences pneumatiques VII.1 Objectif(s) visé(s) - Réaliser des systèmes pneumatiques industriels - Analyser et comprendre des systèmes qui commandent l’activation de plusieurs actionneurs VII.2 Durée du TP 4 heures VII.3 Matériels - banc d’essai pneumatique - boyaux de raccordement - outil arrache tube - outil coupe tube VII.4 Description du TP A partir de l’énoncé d’un système, vous devrez concevoir le schéma de montage, établir la liste des composants et réaliser le circuit pneumatique. Vous effectuerez des essai sur le système afin que le fonctionnement soit conforme à l’énoncé. VII.5 Déroulement du TP 1. Faites d’abord la lecture complète des diverses étapes de ce TP 2. Pour chacune des séquences, suivez les étapes suivantes : - lisez attentivement l’énoncé du problème - conservez le schéma de montage qui exécute la séquence de l’énoncé - identifiez les composants du schéma - dressez la liste des composants nécessaire à la réalisation du montage - réalisez votre montage sur le simulateur pneumatique en réglant la pression d’alimentation à une valeur adéquate - faites l’essai du circuit et apportez les réglages et les ajustements requis 3. Apportez des modifications, s’il y a lieu, pour améliorer le fonctionnement de chaque système

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Séquence A Deux vérins pneumatiques à double effet doivent exécuter la séquence du diagramme de phases de la figure 7.1. La séquence peut fonctionner en cycle unique ou en cycle continue

figure 7.1 diagramme de phases Liste des composants : ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………

Observations : ……………………………………………………………………………………………………………… OFPPT/DRIF

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……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………

Schéma de montage de la séquence A

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4. Faites vérifier votre montage

Séquence B Soit la séquence temporisée de la figure 7.2 Le délai d’attente est variable. les vérins sortent à une vitesse très réduite et la vitesse de rappel doit être variable.

figure 7.2 Liste des composants : ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………

Observations : ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… OFPPT/DRIF

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……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………

Schéma de montage de la séquence B

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4’. Faites vérifier votre travail VIII. TP8 Résolution de problème à l’aide d’un séquenceur VIII.1 Objectif(s) visé(s) - Monter un circuit en utilisant un séquenceur pneumatique - Analyser et comprendre un circuit à séquenceur pneumatique VIII.2 Durée du TP 6 Heures VIII.3 Matériels - banc d’essai pneumatique (simulateur pneumatique) - boyaux de raccordement - coupe tube - arrache tube VIII.4 Description du TP A partir des énoncés qui suivent, vous devrez tracer les schémas pneumatiques afin que les montages répondent aux particularités exigées. VIII.5 Déroulement du TP 1. Faites la lecture complète des diverses étapes de ce TP 2. A partir du schéma du montage de la figure 8.1 : a) dressez la liste des composants nécessaire à la réalisation du montage b) montez le séquenceur pneumatique avec le nombre de modules requis c) réalisez le montage sur le simulateur pneumatique en réglant la pression d’alimentation à une valeur adéquate d) faites l’essai du circuit et apportez les réglages, les ajustements et les modifications requis e) faites vérifier votre travail

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figure 8.1 Liste des composants : …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. Observations : …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. OFPPT/DRIF

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…………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………….

3. Pour les séquences qui suivent, réalisez les étapes suivantes : a) lisez attentivement l’énoncé du problème b) concevez le schéma de montage qui exécute la séquence de l’énoncé c) dressez la liste des composants nécessaires à la réalisation du montage d) montez le séquenceur pneumatique avec le nombre de modules requis e) réalisez votre montage et faites-en l’essai en effectuant les réglages et les ajustements nécessaires ; 4. Modifiez vos séquences de manière à améliorer les modes de marche et d’arrêt ( cycle unique, cycle automatique, arrêt d’urgence…)

Séquence A : Mouvements répétés Deux vérins à double effet exécutent le cycle avec mouvement répétés de la figure 8.2

figure 8.2 Liste des composants : …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. OFPPT/DRIF

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…………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………….

Schéma séquence A : Mouvements répétés

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► Faites vérifier votre travail Séquence B : Mouvements simultanés Trois vérins à double effet exécutent le cycle avec mouvement répétés de la figure 8.3.

figure 8.3 Listes des composants …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………….

Observations : …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. OFPPT/DRIF

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…………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………….

Schéma séquence B : Mouvements simultanés

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► Faites vérifier votre travail IX. TP9 Circuits de commande électropneumatiques IX.1 Objectif(s) visé(s) - Monter des circuits électriques pour effectuer la commande des éléctrodistributeurs - Analyser et comprendre un circuit électropneumatique IX.2 Durée du TP 6 Heures VIII.3 Matériels - banc d’essai pneumatique (simulateur pneumatique) - boyaux de raccordement - source d’alimentation électrique - trousseau d’outillages (tournevis, pince coupante, pince universelle…) - coupe tube - arrache tube IX.4 Description du TP Dans ce TP, vous réalisez des schémas de commande électriques en vue de piloter des circuits de puissance pneumatiques. IX.5 Déroulement du TP 1. Faites la lecture complète des diverses étapes de ce TP 2. Pour chacun des schémas du montage des figures 9.1, 9.2 et 9.3, répétez les étapes suivantes : a) analysez attentivement le fonctionnement du circuit b) apportez des corrections ou des améliorations, selon le matériel mis à votre disposition c) dressez la liste du matériel requis pour le montage d) réalisez le raccordement du circuit de puissance et le branchement du circuit de commande e) faites l’essai du montage en effectuant les ajustements requis f) notez vos observations sur le fonctionnement du circuit g) faites vérifier votre travail

IX.6 Sécurité et hygiène :

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- Ouvrez toujours la source d’air comprimé avant d’appliquer l’alimentation électrique. - Faites preuve de prudence avec la manipulation des fils de la source électrique et évitez les risques d’électrocution.

Commande automatique d’un vérin à double effet

figure 9.1 Liste du matériel : …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………….

Consignes et observations : …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. OFPPT/DRIF

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…………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………….

Commande automatique d’un vérin à simple effet

figure 9.2 Liste du matériel : …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………….

Consignes et observations : …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. OFPPT/DRIF

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…………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………….

Séquence cycle carré A+ B+ A- B-

figure 9.3 Liste du matériel : …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………….

Consignes et observations : …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. OFPPT/DRIF

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…………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………….

ANNEXE A CORRIGE DES EXERCICES Exercice II.2 : 1.1 La pression atmosphérique provient de la superposition des couches d’air de l’atmosphère qui pèsent sur la Terre. Le poids de cet air crée une pression sur le sol. 1.2 La valeur de la pression atmosphérique au niveau de la mer : a) 1 atm b) 103 kPa c) 1.033 bar 1.3 Prel = p abs – P atm Exercice II.4 : Masse totale = 200 kg + 1928 kg = 2128 kg Force = 2128 kg x 10 N/kg = 21280 N Pression = 620 kPa = 620 000 Pa Surface = ? F=PxS S = F/P = 21 280 N / 620 000 Pa = 0.034 m² S = π r² r² = S/π = 0.034 / 3.14 = 0.010 m² r =0.1 m Diamètre = 0.2 m = 20 cm Exercice II.5 1. P1 V1 = P2 V2 avec V1 = 4 m³ et P1 = 101 kPa P2 = ? V2 = 1 m³

P2 = P1V1/ V2 =404kPA

La pression effective dans le réservoir est de : 404 kPa – 101 kPa = 303 kPa 2. VT2 = 0.8 m³ + ((0.8 m³ / 273 °K) x (344°K – 293 °K)) = 0.8 m³ + 0.15 m³ = 0.95 m³ L’air se répand donc de 0.95 m³ - 0.8 m³ = 0.15 m³ 3. P1 V1 / T1 = P2 V2 / T2

V1 = ?

avec P1=101kPa , T1=22°C+273=295°K ,

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P2 = 550 kPa + 101 kPa = 651 kPa , V2 =1.5 m³, T2= 38°C+273 =311 °K V1 = P2V2T1/T2P1 = 9.17 m³ Exercice III.2 8 raccords à T (90 mm) = 8 x10.5 m = 84 m 2soupapes (90 mm ) = 2 x 32 = 64 m 7 coudes (90 mm) = 7 x 1 m = 7 m Pour un total de (84 m + 64 m + 7 m = 155 m) additionnels, la longueur équivalente des tuyauteries résulte donc de (310m + 155 m =465 m)

Exercice V.2 : 1. A, B : sortie ou alimentation p : pression d’alimentation R, S : échappement 2. position occupé par le distributeur lorsqu’il n’est pas actionné. 3. identification des symboles des distributeurs a) Distributeur 2/2 N.F à bouton-poussoir et rappel par ressort b) Distributeur 3/2 N.F à galet et rappel par ressort c) Distributeur 3/2 N.O à galet escamotable et rappel par ressort d) Distributeur 4/3 N.F à levier e) Distributeur 4/2 piloté, à galet et rappel par ressort f) Distributeur 5/2 à double pilotage pneumatique 4.

Exercice V.3 : 1. a) Sp = 0.049m² 5 b) St = 0.047 m² OFPPT/DRIF

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6 c) Fp = 9800 N 7 d) Ft = 9400 N 8 e) m = 980 kg 2. Si l’on double la pression, on pourra déplacer le double de la masse, soit 1960 kg 3. Si l’on double le diamètre du vérin, la masse déplacée sera quatre fois supérieure, soit 3920 kg. 4. Consommation d’air = Taux de compression x Surface de piston x Course Consommation en air du vérin = ((1.013 bar + 6 bar) /1.013 bar) x19.6 cm² x20 cm 9 = 2712.64 cm³ =0.0027 m³

10 Exercice V.4 : 11 a) temps de sortie = 5 s 12 temps de rappel = 2.5 s b) débit Q = V x S = 0.1413 dm³/s c) schéma avec étranglement à l’échappement

Exercice V.6 : 1.

2.

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analyse de circuits pneumatiques

Exercice VI.4 1 L’évaluation sera faite par le responsable 2 Par une séquence de lettres qui décrivent les phases de travail. 3 A rendre plus explicite le fonctionnement d’une machine 4 une impulsion ou un signal de commande (pilotage) 5 Que l’impulsion commande la phase sortie de l’actionneur B 6 Que le capteur détecte la position complètement rentrée du vérin C Exercice VII.3 : L’évaluation sera faite par le responsable

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analyse de circuits pneumatiques

ANNEXE B SYMBOLES DES COMPOSANTS PNEUMATIQUES

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Liste des références bibliographiques.

Ouvrage

Auteur

Edition

Pneumatique

Festo didactique

Tout sur l’air comprimé

KAESER compresseur

Circuits pneumatiques

Cemeq (Canada)

Module 13 E.S.A

Automatismes pneumatiques

Vogel Verlag

1985

Manuel théorico-pratique

Electronica Veneta

Manuel de la technique pneumatique Vérins et distributeurs Principes de base de la technique de commande pneumatique Catalogue LEGRIS

MECMAN

Les composants pneumatiques d’automatisation

JOUCOMATIC

Components for pneumatic automation

PNEUMAX

CD. ROM

Pneusim

TECCART

Logiciel

Le mecanicien en circuits Oleohydraulique

Jean COMPAIN

SEDOM

OFPPT/DRIF

Festo Didactic

LEGRIS 1994

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Résumé de Théorie et Guide de travaux pratique

Composants pour l’automatisation pneumatique

OFPPT/DRIF

analyse de circuits pneumatiques

Pneumax

Catalogues :1,2,3et4

126