Tout Ce Qu'il Faut Savoir Sur Les Systèmes Pneumatiques

Dans le monde de l'ingénierie, la pneumatique est un concept essentiel. Elle est présente dans nos appareils quotidiens et au cœur des machines industrielles. Dans ce guide concis, nous allons explorer son rôle indispensable et ses spécificités. Explorons ensemble le monde de la pneumatique.

Qu'est-ce que la pneumatique?

La pneumatique est une discipline essentielle de l'ingénierie. Elle implique l'utilisation de gaz ou d'air sous pression pour produire un mouvement mécanique, sur la base des principes de la dynamique des fluides et de la pression. L'utilisation de la pneumatique s'étend des appareils portables compacts aux machines de grande taille, ce qui met en évidence sa polyvalence. Ce domaine a connu un développement et une diversification considérables, devenant un élément indispensable de l'ingénierie moderne.

Dans sa forme la plus simple, un système pneumatique utilise de l'air comprimé pour effectuer un travail. Il commence par une source d'air comprimé qui est le plus souvent un compresseur. Un compresseur typique convertit l'énergie électrique en énergie potentielle sous forme d'air comprimé. C'est cette énergie potentielle qui est stockée et distribuée dans les conduites d'air à diverses fins.

L'un des exemples les plus courants d'actionneur pneumatique est le simple cylindre d'air.  Dans un cylindre, l'air pressurisé qui pénètre d'un côté du cylindre pousse sur le piston. Le côté opposé étant ouvert à l'atmosphère, il y a un déséquilibre des forces sur le piston. Ce déséquilibre crée un mouvement. C'est ce déséquilibre de force et cette action qui sont utilisés pour effectuer un travail.

Applications de la pneumatique

Les applications des systèmes pneumatiques sont très variées :

• Les transports : La pneumatique alimente les systèmes de freinage de la plupart des véhicules.
• Fabrication : Les outils pneumatiques sont souvent utilisés dans les chaînes de montage des produits.
• La médecine : Les appareils tels que les ventilateurs respiratoires et les régulateurs de pression utilisent la pneumatique.
• Construction : De nombreux outils lourds, comme les marteaux-piqueurs, fonctionnent avec des systèmes pneumatiques.
• Appareils ménagers : Les appareils de tous les jours, comme les aspirateurs et les bombes aérosols, utilisent des systèmes pneumatiques.

5 Avantages de l'Utilisation de la Pneumatique

• Fiabilité/faible maintenance - Un système pneumatique correctement conçu et alimenté en air propre et sec est exceptionnellement sûr et ne nécessite pratiquement aucune maintenance. Les composants sont conçus pour des dizaines de millions de cycles et la majorité des équipements modernes n'ont plus besoin d'être lubrifiés.
• Simplicité - Les systèmes pneumatiques sont relativement simples. Les circuits sont basés sur la logique et leurs sorties sont généralement des mouvements linéaires ou rotatifs.
• Capacité de décrochage - Excellente pour les applications de pressage et de serrage. Les systèmes pneumatiques peuvent fournir une force constante indéfiniment sans craindre de griller les moteurs ou les entraînements.
• Auto-refroidissement - En raison des propriétés des gaz en expansion, les actionneurs pneumatiques se refroidissent d'eux-mêmes lorsqu'ils effectuent des cycles de va-et-vient. Il n'y a pas lieu de s'inquiéter d'une surchauffe.
• Peu coûteux - Par rapport à leurs homologues hydrauliques et électriques, les composants pneumatiques sont beaucoup moins coûteux.

Terminologie de base

Principales parties d'un système pneumatique

Compresseur

Un compresseur comprime l'air jusqu'à la pression requise. Il convertit l'énergie mécanique des moteurs en énergie potentielle de l'air comprimé. C'est là que tout commence. Les compresseurs acheminent généralement l'air dans un réservoir où l'air est refroidi, ce qui élimine une partie de son humidité. Les réservoirs servent également à stocker l'énergie pneumatique et à éliminer les impulsions générées par les compresseurs à piston.  Les sécheurs sont généralement connectés après le réservoir pour éliminer l'humidité créée par le processus de compression.

FRL - Filtre, régulateur et lubrificateur (unités combinées)

1. Les filtres éliminent les particules de l'air, dont la taille peut atteindre 5 microns. Certains éliminent également les gouttelettes d'eau en utilisant la force centripète. Des séparateurs de brouillard ou des filtres coalescents peuvent être ajoutés pour éliminer l'huile de l'air.
2. Les régulateurs contrôlent la pression de travail. Dans les régulateurs classiques, l'air du système agit contre la force d'un ressort sur un diaphragme. Lorsque vous réglez la poignée d'un régulateur, vous comprimez davantage le ressort, ce qui nécessite une pression plus élevée pour créer un équilibre. Lorsque vous avez besoin de plus de force, c'est ce que vous réglez. Certains régulateurs électropneumatiques convertissent un signal électronique en réglages de pression pneumatique.  Les régulateurs, comme leur nom l'indique, créent une sortie de pression stable.  La plupart des systèmes pneumatiques fonctionnent à 70-80 psi.
3. Les lubrificateurs fournissent un flux régulier de gouttelettes d'huile dans les lignes aériennes. Les anciennes générations de composants pneumatiques nécessitaient cette source de lubrification pour fonctionner correctement. Aujourd'hui, la plupart des pièces provenant de l'usine n'ont pas besoin de lubrificateurs.

Valves de contrôle

1- Les vannes de contrôle unidirectionnelles sont semblables à des relais électroniques. Elles convertissent un petit signal de commande en un signal plus important utilisé pour déplacer les actionneurs dans un sens ou dans l'autre, pour faire tourner les actionneurs rotatifs dans un sens ou dans l'autre ou pour ouvrir ou fermer les pinces.

2- Les électrovannes sont connues pour leur utilisation efficace de l'énergie, leurs débits impressionnants, leur réponse rapide et leurs conceptions modernes et élégantes. Elles trouvent de nombreuses applications dans des secteurs tels que les semi-conducteurs, l'automobile, l'emballage, le médical, les machines spécialisées et les machines-outils.

Actionneurs pneumatiques

Les actionneurs pneumatiques sont les pièces maîtresses d'un système pneumatique. Ils transforment l'énergie de l'air comprimé en mouvement mécanique. Ils se présentent sous différentes formes, capables de mouvements linéaires, rotatifs ou alternatifs, pour répondre à différentes applications. Les vérins à corps rond et à tirants offrent un mouvement linéaire robuste, les vérins sans tige constituent une solution compacte, les actionneurs rotatifs permettent un mouvement de rotation et les pinces sont parfaites pour manipuler des objets. Chaque type de vérin a sa propre fonction, ce qui garantit que, quelle que soit la tâche, il existe un vérin pneumatique conçu pour la réaliser efficacement.

Tubes pneumatiques

Les tubes pneumatiques sont des tuyaux creux, fabriqués dans des matériaux allant du caoutchouc et du nylon à l'acier inoxydable, utilisés pour transporter l'air comprimé dans les systèmes pneumatiques. Ils sont essentiels pour assurer un flux d'air régulier entre les composants, de la même manière que les fils fonctionnent dans les circuits électriques. Le choix du matériau est essentiel, des options telles que le polyuréthane et le polyéthylène offrant une résistance à divers facteurs environnementaux, notamment les températures élevées et la corrosion.

Connecteurs pneumatiques

Les connecteurs pneumatiques assurent des connexions sûres et amovibles entre les tubes et les composants pneumatiques tels que les vannes et les actionneurs. Utilisant généralement des raccords à emboîter, ces connecteurs assurent l'étanchéité pour éviter les fuites, tout en facilitant l'assemblage et l'entretien. Ils s'adaptent à une grande variété de matériaux de tuyaux et comprennent des silencieux pour minimiser le bruit de l'air évacué.

5 éléments à prendre en compte en matière de pneumatique

1. Qualité de l'air - Humidité - Lorsque l'on comprime l'air, on concentre tout ce qu'il contient. L'humidité en fait partie. Même par temps froid et sec, il y a suffisamment d'humidité dans l'air pour créer un problème. L'eau présente dans les lignes aériennes corrode les pièces métalliques avec lesquelles elle entre en contact, ce qui provoque le grippage des soupapes et endommage les joints et d'autres composants. Il est essentiel de s'assurer que l'air dans le système est sec en installant un système de séchage de l'air approprié pour éliminer l'humidité.
2. Qualité de l'air - Particules - La propreté de l'air est essentielle au maintien d'un système pneumatique fiable. Au minimum, l'air doit être filtré jusqu'à 5 microns. Il est recommandé de remplacer les éléments filtrants tous les deux ans ou lorsque la chute de pression dans le filtre dépasse 14 psi.
3. Compteur d'entrée ou compteur de sortie - Un vieux dicton dans le domaine de l'énergie hydraulique dit : "En cas de doute, mesurez la sortie". Le comptage de sortie consiste à contrôler ou à limiter le débit d'air sortant d'un composant. Le comptage d'entrée consiste à contrôler ou à limiter le débit d'air entrant dans une pièce. Dans la plupart des cas, il est préférable de doser la sortie. Cela permet d'assurer un mouvement régulier des actionneurs, en particulier à faible vitesse. Le dosage à l'entrée peut entraîner un mouvement saccadé. Pourquoi doser ? Par exemple, pour les actionneurs à simple effet. Vous ne pouvez pas contrôler l'air qui sort du cylindre, vous n'avez donc pas d'autre choix que de contrôler ce qui y entre. La force du ressort agissant contre le piston contribuera à éliminer le mouvement de bégaiement.
4. La proximité des vannes et des actionneurs - Vous devez monter les vannes aussi près que possible des actionneurs qu'elles contrôlent. Réduire au minimum la longueur des lignes aériennes devant passer de la vanne à l'actionneur. Des tubes plus longs signifient que le volume à remplir pour atteindre la pression de service est plus important. Lors de la course de rétraction, c'est de l'air supplémentaire qui doit être évacué et qui doit parcourir une plus grande distance pour y parvenir. Cela augmente la durée du cycle et consomme inutilement de l'air comprimé.
5. Vitesse - Généralement, le facteur le plus important pour limiter la vitesse d'un actionneur est l'air qui s'échappe du côté basse pression. Au fur et à mesure que la pression diminue, il y a moins d'énergie disponible pour déplacer les particules d'air dans les tuyaux et les faire sortir par l'orifice d'échappement. Comme indiqué ci-dessus, le fait d'avoir des tuyaux inutilement longs aggrave ce problème. Une solution consiste à utiliser un échappement rapide. Ils sont installés près de l'orifice du cylindre. Pendant le cycle de haute pression, ils restent fermés. Pendant la période de basse pression, ils s'ouvrent et permettent à l'air de s'échapper dans l'atmosphère au niveau de l'orifice du cylindre, ce qui réduit considérablement les restrictions sur l'air d'échappement et augmente la vitesse. Il faut toujours garder à l'esprit les spécifications de vitesse maximale et mettre en place une forme d'absorption des chocs si les cylindres se déplacent sur toute la longueur de la course à grande vitesse.

Sur quoi fonctionnent les systèmes pneumatiques ?

Les systèmes pneumatiques utilisent de l'air comprimé ou des gaz inertes comme source d'énergie. Le système comprend un réseau de composants, dont un compresseur à gaz, des lignes de transmission, des réservoirs d'air, des tuyaux, des cylindres standards et du gaz atmosphérique.

Comment les systèmes pneumatiques sont-ils utilisés dans la vie quotidienne ?

Un dispositif pneumatique est un outil ou un instrument qui fonctionne à l'air comprimé. Les exemples vont des foreuses à roche et brise-béton aux riveteuses, presses de forge, pistolets à peinture, nettoyeurs à jet et atomiseurs. L'utilisation de l'air comprimé offre flexibilité, rentabilité et sécurité.

Pourquoi les systèmes pneumatiques sont-ils meilleurs que les systèmes hydrauliques ?

Les systèmes pneumatiques sont rentables car l'air, leur composant principal, est gratuit. Ils offrent une sécurité accrue en pouvant fonctionner dans des environnements potentiellement explosifs sans risque de surchauffe. De plus, bien que petits et légers, ils fournissent une puissance relativement plus élevée par rapport à d'autres systèmes. La technologie pneumatique est également connue pour être plus propre.

Quel système est le plus sûr : hydraulique ou pneumatique ?

En termes de sécurité dans l'industrie, les systèmes pneumatiques sont plus sûrs que les systèmes hydrauliques. Les fuites d'air comprimé des systèmes pneumatiques ne présentent pas de risque de contamination, car l'air n'est ni toxique ni corrosif. Cependant, il convient de noter que certains gaz utilisés dans les équipements autonomes ou mobiles peuvent présenter des dangers.

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