Électrovanne pneumatique pour un vérin à simple effet
Figure 1 : Vannes de commande directionnelles pneumatiques montées sur un collecteur.
Une électrovanne pneumatique est utilisée pour réguler le débit d'air comprimé vers un vérin pneumatique, lui permettant d'effectuer une course de travail en entrée et/ou en sortie. Généralement, une vanne 3/2 voies est utilisée à cet effet, qui possède trois orifices et deux positions : un orifice se connecte à la source d'air comprimé, un autre sert d'échappement, et le troisième se connecte au vérin. La vanne alterne entre le remplissage du vérin pneumatique avec de l'air pour étendre le piston et l'évacuation de l'air pour rétracter le piston via un mécanisme à ressort. Comprendre le fonctionnement et la sélection de l'électrovanne 3/2 voies appropriée est essentiel pour une performance efficace et fiable du système pneumatique.
Table des matières
- Principe de base des électrovannes pneumatiques
- Types d'électrovannes pneumatiques
- Dimensionnement des vannes
- Principe de base des vérins à simple effet
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Principe de base des électrovannes pneumatiques
Les électrovannes pneumatiques contrôlent la direction du flux d'air comprimé en utilisant une pièce mobile appelée tiroir ou piston, qui bloque ou ouvre les orifices de la vanne. Le mouvement du tiroir peut être contrôlé directement ou indirectement.
- Fonctionnement direct : Le solénoïde actionne directement le tiroir, rendant ces vannes adaptées aux basses pressions ou au vide.
- Fonctionnement indirect : Le tiroir est actionné par la pression du système via une vanne pilote supplémentaire. Cette méthode permet à un solénoïde plus petit de commuter la vanne mais nécessite une pression d'entrée pour fonctionner.
Contrôle d'un vérin à simple effet
Les orifices d'une vanne de commande directionnelle 3/2 voies sont IN (1 ou P), OUT (2 ou A), et ÉCHAPPEMENT (3 ou R). La vanne a deux positions : une pour mettre le vérin sous pression et l'autre pour évacuer l'air du vérin vers l'échappement. Divers raccords peuvent se connecter aux orifices IN et OUT, et un silencieux peut être installé dans l'orifice d'échappement pour réduire le bruit. Un silencieux pneumatique avec vanne d'étranglement peut réguler la vitesse de l'échappement et par conséquent réguler la vitesse du mouvement du vérin. Voir la Figure 2 pour les symboles de vérin à simple effet connectés aux vannes de commande de vérin pneumatique.
Figure 2 : Représentation symbolique d'un vérin à rappel par ressort contrôlé par une électrovanne 3/2 voies monostable NF.
Principe de base des vérins à simple effet
Un vérin pneumatique à simple effet est un actionneur linéaire qui fonctionne avec de l'air comprimé. Les vérins à simple effet ont un ressort à l'intérieur qui ramène le piston à sa position de base. Ils sont spécifiés par des paramètres clés tels que la longueur de course, le diamètre de l'alésage, le diamètre de la tige, la force du ressort et la pression du système.
Les vérins à simple effet sont avantageux car ils nécessitent moins de tuyauterie, d'air comprimé et de câblage. Cependant, le ressort limite la course de travail et réduit la force pneumatique.
Figure 3 : Un vérin pneumatique à simple effet à extension par ressort (A) et à retour par ressort (B).
Types d'électrovannes pneumatiques
Plusieurs types d'électrovannes pour vérins pneumatiques sont disponibles, mais la vanne 3/2 voies est la plus pertinente pour les vérins à simple effet. Elles peuvent être :
- Normalement ouvertes (NO) : L'air circule du port 1 au port 2 lorsque le solénoïde n'est pas actionné. Lorsque le solénoïde est alimenté, l'air est évacué du port 2 vers le port 3. À la désactivation, un ressort ramène la vanne en position ouverte.
- Normalement fermé (NF) : Lorsqu'elle n'est pas actionnée, l'air est évacué du port 2 vers le port 3. Lorsque le solénoïde est alimenté, l'air circule du port 1 au port 2. À la désactivation, un ressort ramène la vanne en position fermée.
- Bi-stable : Une vanne bi-stable change de position lorsqu'elle est activée et la maintient lorsqu'elle est désactivée, elle n'a donc pas besoin d'énergie constante pour maintenir sa position.
Figure 4 : Symboles pour les électrovannes 3/2 voies : normalement ouverte et mono-stable (gauche), normalement fermée et mono-stable (centre) et normalement fermée et bi-stable (droite).
Dimensionnement de la vanne
Pour spécifier la taille appropriée d'une électrovanne pour un vérin pneumatique, la consommation d'air et le débit d'air requis du système pneumatique doivent être calculés. La loi de Boyle-Charles (pV=nRT) peut être utilisée pour ce calcul. Dans le cas d'un vérin à simple effet, le volume, la longueur des tubes, la fréquence de fonctionnement et la perte du système sont pertinents pour le calcul.
où :
- A : surface recevant la pression [mm2]
- a : section intérieure du tuyau [mm2]
- p : pression d'alimentation [MPa] (1MPa = 10bar)
- N : fréquence de fonctionnement [cycle/min]
- L : course du vérin [mm]
- l : longueur de la tuyauterie [mm]
- t : temps total de course [s]
- T : température [K] (K = °C + 273,15)
Les formules ci-dessus sont valables pour les conditions A.N.R. A.N.R. est une abréviation française pour "conditions de l'atmosphère normale de référence", qui signifie "conditions atmosphériques de référence standard" (20 °C, 1013 mbar, humidité (relative) 65%).
Figure 5 : Circuit pneumatique avec un vérin à simple effet à rappel par ressort et une électrovanne 3/2 voies NF.
Exemple
Dans cet exemple, un système pneumatique contient un vérin à simple effet à rappel par ressort avec les paramètres suivants :
- Pression du système = 0,5 MPa (5 bar)
- Température = 293K (20 °C)
- Course du vérin (L) = 50 mm
- Taille de l'alésage/Diamètre du piston = 40 mm
Pour connecter le vérin à la vanne 3/2, le tube suivant est utilisé :
- Longueur de la tuyauterie (l) = 2 m
- Diamètre intérieur du tuyau (d) = 4 mm
La fréquence de fonctionnement requise (N) est de 50 cycles/min.
La surface recevant la pression peut être calculée à partir de la taille de l'alésage :
La surface intérieure du tuyau est :
La consommation d'air au moment de l'extrusion (Q) peut maintenant être calculée. Dans ce cas, c'est aussi la consommation d'air pour un cycle :
La consommation d'air par minute est :
Le temps de course total (t) est de 0,6 s.
Le débit d'air requis :
La vanne peut être sélectionnée une fois que la consommation d'air et le débit d'air requis sont calculés. Les fiches techniques des vannes doivent être vérifiées pour trouver les vannes appropriées. Toutes les fiches techniques contiennent des informations sur les débits des vannes (voir l'image ci-dessous). Le débit de la vanne sélectionnée doit être supérieur au débit d'air requis par le système.
Figure 6 : Exemple d'un diagramme de débit avec le débit nominal (L/min) en fonction de la pression d'entrée et de la perte de pression.
FAQ
Qu'est-ce qu'une électrovanne pour un vérin pneumatique ?
Une électrovanne pour un vérin pneumatique régule le flux d'air comprimé pour contrôler le mouvement du vérin, généralement en utilisant une vanne 3/2 voies.
Comment fonctionne un vérin pneumatique à simple effet ?
Un vérin pneumatique à simple effet utilise de l'air comprimé pour étendre le piston et un ressort pour le rétracter, contrôlé par une électrovanne.
Comment contrôler un vérin pneumatique avec une électrovanne ?
Pour contrôler un vérin pneumatique avec une électrovanne, connectez la vanne à la source d'air, à l'échappement et au vérin. La vanne alterne l'alimentation en air et la mise à l'atmosphère pour déplacer le piston.
