Actionneurs Hydrauliques Et Pneumatiques

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MEC-743 Instrumentation et contrle de procds industriels

10 - Actionneurs hydrauliques et pneumatiques

Objectifs de la sance MEC-743, cours n10 Actionneurs hydrauliques et pneumatiquesBsata, Instrumentation et automation, chap. 10

Systmes dactuation hydrauliques: Pompes ( engrenages, palettes et piston) Valves de distribution et de rgulation Vrins (simple et double action) Moteurs hydrauliques

Systmes dactuation pneumatiques: Compresseurs Similarits et diffrences avec les systmes hydrauliques

Exemples d'applications

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Systme hydrauliqueValve de distribution

Systme hydraulique Pression de fonctionnement pouvant atteindre quelques dizaines de MPa. En raison de cette grande pression, les systmes hydrauliques sont utiliss dans les applications demandant une grande force ou une grande puissance mcanique. Puisque l'huile est essentiellement incompressible, il n'est pas possible de stocker une grande quantit d'nergie dans un rservoir pressuris. La pompe doit donc tre continuellement en opration pour que le systme soit fonctionnel. Les systmes hydrauliques fonctionnent en boucles ferms: aprs filtration, l'huile basse pression doit retourner au rservoir. L'utilisation , p de systmes hydrauliques dans des applications o l'hygine ou la scurit pourrait tre menace par d'ventuelles fuites est donc limite (industrie alimentaire, environnement comportant des tincelles ou des surfaces trs chaudes, ).

Soupape de dcharge

Vrin hydraulique Filtre

Pompe

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Systme pneumatiqueFiltre et dshumidificateur

Systme pneumatiquePompe Courroie MoteurRgulateur

Jauge de pression

Poulie

Compresseur

Rservoir Vers les valves et les vrins

Rservoir

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Systme pneumatique Pression de fonctionnement beaucoup plus faible que dans les systmes hydrauliques: 70 150 psi (480 kPa 1.03 MPa). La force gnre par les systmes pneumatiques est donc beaucoup plus faible que celle gnre par les systmes hydrauliques. Les compresseurs ne peuvent pas fournir de grands volumes dair pressuris sur demande. Cest pourquoi lair est comprim dans des rservoirs au-del de la pression de fonctionnement. Ces rservoirs agissent titre daccumulateur dnergie potentielle ce qui permet leur utilisation dans applications mobiles autonomes. Les systmes pneumatiques sont ouverts: le compresseur aspire et y p q p p comprime lair ambiant alors que les retours dair us sont rejets dans latmosphre. Il est donc inutile de prvoir des lignes de retour. En raison de la compressibilit de lair, les systmes pneumatiques ne sont gnralement pas utiliss dans des applications exigeant un positionnement prcis.Dpartement de gnie mcanique Programme de baccalauratLe gnie pour l'industrie

Hydraulique vs lectriqueAccumulateur

Rservoir

Pompe

Manomtre

Dbitmtre

Limiteur de pression

Distributeur

Restriction

Clapet antiretour

Moteur

Rservoir

A V

Rgulateur

M

Masse

Source

Voltmtre

Ampremtre

Rgulateur de tension

InterrupteurCondensateur

Rsistance

Diode

Moteur

Masse

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DfinitionsPompe hydraulique: appareils qui convertit lnergie mcanique en nergie hydraulique en aspirant avec une trs faible dpression l huile contenue dans un rservoir. lhuile rservoir

Pompes et compresseurs

Pompe non volumtrique: pompe qui entrane les fluides grands dbits et faibles pressions (absence dtanchit entre lentre et la sortie de la pompe). Ex.: compresseur centrifuge ou hlice. N'est pas utilise dans les systmes d'actuation hydrauliques ou pneumatiques. Pompe volumtrique (positive displacement pump): pompe dans laquelle lcoulement est ralis grce laugmentation (aspiration) l coulement l augmentation et la diminution (refoulement) successives du volume dune cellule (similaire laction dune seringue). Permet la mise en uvre de grandes pressions de faibles dbits.

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Pompe engrenagesPompes denture externe

Pompe engrenages

Pompes denture interne

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Pompe engrenages

Pompe engrenages

Pompes de type grotor

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Pompe palettes Base sur lutilisation de palettes (aubes) qui, sous laction des forces centrifuges, coulissent radialement dans des rainures portes par le rotor. Le fluide est entran dans les cellules formes par lexcentricit entre le rotor et la couronne

Pompe pistons axiaux Pompe base sur des pistons dont la course est parallle laxe de rotation. Le sens du dbit est maintenu par des clapets anti-retour

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Pompe pistons radiaux Pompe base sur des pistons dont la course est perpendiculaire laxe de rotation. La course des pistons est provoque par une came excentrique ou un vilebrequin.

PerformancesCylindre (Dp): volume dhuile engendr (aspir ou refoul) pendant un cycle (un tour). Exprime en m3/rad. Vitesse de rotation (): vitesse de rotation de l'arbre d'entranement de la pompe. Exprime en rad/s. Dbit volumique (QV): Exprim en m3/s. volume dhuile dbit par unit de temps.

QV D p

Diffrence de pression (p): capacit de la pompe augmenter la pression du fluide qui la traverse. Exprime en Pa. Puissance hydraulique (PH): puissance utile transfre de la pompe au fluide qui la traverse. Exprime en W.

PH QV p

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PerformancesNiveau de bruit: une des sources importantes de bruit dans une pompe hydraulique provient de la cavitation du fluide. Des bulles d air peuvent entrer dans le port basse pression de la pompe. d'air pompe haute pression, ces bulles implosent produisant ainsi un bruit important. Augmentation de la pression d'entre grce un pompe de charge Rduction de la viscosit de l'huile grce au prchauffage lors d'un dmarrage froid chauffement du fluide: le rendement des systmes air comprim est souvent trs faible (20%) parce que la compression du fluide s'accompagne de son chauffement. La temprature de l'air comprim peut varier entre 70 et 160C.

RendementRendement volumtrique (V): rapport entre le dbit effectivement obtenu et le dbit thorique (calcul avec la cylindre). Les cylindre) fuites sont responsables d'une diminution de ce rendement. Q V V Dp Rendement mcanique (m): rapport entre le couple thoriquement ncessaire pour produire la diffrence de pression et le couple effectivement ncessaire. Les pertes de charge hydraulique internes et le frottement des composantes mcaniques sont responsables d'une diminution de ce rendement. D p m p T Q p Rendement global (g): g V m V T Dpartement de gnie mcanique Programme de baccalauratLe gnie pour l'industrie

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Rendement

PerformancesType denture externe denture interne palettes pistons Pression maximale (MPa) 3