Dans ce guide, nous parlons de ce qu'est un actionneur pneumatique est détaillé, y compris son principe de fonctionnement et ses diverses applications industrielles, ainsi que ses avantages et ses limites, pour vous aider à décider s'il s'agit du bon type d'actionneur pour votre projet.
1. Qu'est-ce qu'un actionneur pneumatique ?
Un actionneur pneumatique est un dispositif mécanique qui convertit l'énergie de l'air comprimé en mouvement mécanique linéaire ou rotatif. Sa configuration permet d'effectuer des tâches lourdes, telles que l'ouverture ou la fermeture de vannes, le fonctionnement d'amortisseurs et le déplacement de bandes transporteuses.
Vous avez peut-être entendu parler de son homologue, l'actionneur électrique, qui utilise l'électricité comme source d'énergie et est tout aussi puissant. Cependant, l'électricité présente un risque d'incendie, ce qui la rend inadaptée aux environnements explosifs ou inflammables. À cet égard, les actionneurs pneumatiques ont l'avantage.
Au-delà de la sécurité, les actionneurs pneumatiques sont largement choisis pour leur rentabilité (surtout si votre installation dispose déjà d'un système d'air comprimé), leur fonctionnement à grande vitesse et leur durabilité, que nous explorerons plus en détail plus tard.
Pour l'instant, examinons ce qui se passe réellement lorsqu'un actionneur pneumatique transforme l'air comprimé en mouvement et comment il est capable de gérer des tâches nécessitant une force de sortie élevée.
2. Comment fonctionne un actionneur pneumatique ?
Étant essentiellement un système pneumatique, un actionneur pneumatique est alimenté par de l'air comprimé, qui entre et remplit entièrement la chambre à air. Cela crée une différence de pression suffisamment forte pour déplacer le piston (ou la palette), qui transfère ensuite le mouvement aux liaisons mécaniques, permettant à l'actionneur d'effectuer des tâches difficiles.
Composants des actionneurs pneumatiques
Examinons de plus près les composants qui permettent aux actionneurs pneumatiques de fonctionner comme prévu :
Compresseur d'air
Le compresseur d'air ne fait pas techniquement partie de l'actionneur pneumatique lui-même, mais plutôt d'un système pneumatique plus large - et essentiel, car il fournit l'alimentation en air comprimé à l'actionneur via des conduites d'alimentation.
Vanne de régulation
Tout comme le compresseur d'air, la vanne de régulation est séparée et n'est donc pas logée à l'intérieur de l'actionneur lui-même. Cependant, elle joue un rôle essentiel dans la régulation du flux d'air et son orientation vers des parties spécifiques de l'actionneur pour initier avec succès le mouvement dans la direction souhaitée (vers l'avant ou vers l'arrière).
Chambre à air ou cylindre
C'est dans cette partie que l'air comprimé entre (d'un côté) et s'accumule. Une fois que la pression atteint le niveau requis, elle force le piston ou la palette à se déplacer. Plus l'air est comprimé (plus la pression est élevée), plus la force exercée est importante.
Piston ou palette
Nous avons déjà mentionné comment les actionneurs pneumatiques peuvent provoquer deux types de mouvements : un mouvement linéaire et un mouvement rotatif.
Un piston est nécessaire lorsqu'un mouvement linéaire est souhaité (c'est-à-dire des actionneurs linéaires). Lorsqu'un mouvement rotatif est requis, une palette est utilisée (c'est-à-dire des actionneurs rotatifs).
Liaisons mécaniques
Les liaisons mécaniques relient le piston ou la palette à l'équipement ou au système qui doit être déplacé pour effectuer la tâche prévue. Cela dit, les liaisons mécaniques ne font pas intrinsèquement partie de l'actionneur, mais plutôt du système pneumatique dans son ensemble.
Port d'échappement
L'orifice d'échappement est l'endroit où l'air comprimé est libéré une fois que le mouvement générateur a terminé son travail.
Printemps
Dans un mécanisme d'actionneur à simple effet (nous y reviendrons plus tard), notamment dans les actionneurs linéaires, le ressort repousse le piston vers sa position d'origine (c'est-à-dire l'action de rappel du ressort). Ce mécanisme est souvent utilisé pour les applications à sécurité intégrée ou à position par défaut.
Mécanismes de contrôle
Les mécanismes de contrôle font simplement référence à la conception de l'actionneur à simple ou à double effet.
UN actionneur à simple effet utilise de l'air comprimé pour déplacer le piston ou la palette dans une direction. Comme mentionné précédemment, un mécanisme à ressort ramène le piston/palettes à sa position d'origine. Il ne nécessite donc qu'une pression d'air d'un seul côté du piston.
Actionneurs à double effet, d'autre part, utilisent de l'air comprimé pour déplacer le piston ou la palette dans les deux sens. Voici comment cela fonctionne : un côté du piston est pressurisé pour le déplacer dans une direction, l'air est évacué, puis le côté opposé est pressurisé pour le déplacer dans le sens inverse.
Ceci est contrôlé par une vanne de régulation qui dirige l'air de chaque côté de l'actionneur.
3. Types d'actionneurs pneumatiques
Actionneurs pneumatiques linéaires
Les actionneurs pneumatiques linéaires créent le mouvement linéaire nécessaire aux applications de levage, de poussée ou de traction.
Il existe deux types d'actionneurs pneumatiques linéaires : actionneurs à piston et actionneurs à ressort-membrane.
L'actionneur à piston utilise un piston à l'intérieur d'un cylindre pour générer un mouvement linéaire. L'air comprimé pénètre d'un côté du piston, ce qui le fait se déplacer d'avant en arrière. Vous trouverez ci-dessous un aperçu de ses caractéristiques :
- Adapté aux applications lourdes qui nécessitent un contrôle précis et un mouvement constant
- Nécessite plus d'espace par rapport aux autres types d'actionneurs
- Peut être plus lent que les actionneurs rotatifs dans certains cas
Les actionneurs à membrane à ressort utilisent une membrane flexible (ou membrane à ressort) qui se déplace lorsque la pression d'air est appliquée. Le ressort aide à ramener la membrane à sa position d'origine. Certaines de ses caractéristiques sont les suivantes :
- Plus compact et plus léger que les actionneurs à piston
- Adapté aux systèmes à sécurité intégrée
- A un longueur de course c'est plus court que celui d'un actionneur à piston
Actionneurs pneumatiques rotatifs
Si tel est le cas pour les actionneurs linéaires, à quoi sert un actionneur rotatif pneumatique ? Comme son nom l'indique, il est utilisé lorsque des mouvements de rotation sont nécessaires, comme dans les applications de vannes à boisseau sphérique ou à papillon, les platines tournantes et les machines nécessitant des réglages d'angle.
Actionneurs à palettes et actionneurs à crémaillère sont les deux types d'actionneur pneumatique qui convertissent le flux d'air comprimé en puissance mécanique rotative.
Un actionneur à palettes utilise un rotor avec des palettes poussées par de l'air comprimé. Lorsque l'air pénètre dans l'actionneur, il pousse les palettes, ce qui fait tourner le rotor. Voici quelques-unes de ses caractéristiques :
- Offre un couple de sortie élevé pour le mouvement de rotation
- Plus petit et plus compact qu'un actionneur à crémaillère
- Très sensible aux variations de pression atmosphérique
Les actionneurs à crémaillère et pignon, comme leur nom l'indique, utilisent une crémaillère (une barre droite) et un pignon (un engrenage) pour convertir le mouvement linéaire de l'air comprimé en mouvement de rotation. L'air pousse contre le piston, qui déplace la crémaillère, faisant tourner le pignon. Les caractéristiques sont les suivantes :
- Offrent une capacité de couple supérieure à celle des actionneurs à palettes
- De conception plus volumineuse, ils nécessitent donc plus d'espace
- Comporte généralement plus de pièces mobiles, ce qui les rend plus sensibles à l'usure
Actionneurs à simple effet et à double effet
Comme indiqué précédemment, les actionneurs à simple effet déplacent le piston ou la palette dans une direction et utilisent un ressort (ou un autre mécanisme de retour) pour ramener le piston/la palette à sa position d'origine. Certaines de ses caractéristiques sont les suivantes :
- Sa conception est plus simple, ce qui le rend moins cher et plus facile à entretenir.
- Il est plus compact et prend moins de place que les actionneurs à double effet.
- Le mécanisme à ressort assure un retour en toute sécurité à la position par défaut.
En revanche, les actionneurs à double effet nécessitent de l'air comprimé pour se déplacer dans les deux sens, déplaçant le piston ou la palette de la même manière. Leurs caractéristiques sont les suivantes :
- Ils peuvent générer une force de sortie plus élevée par rapport aux actionneurs à simple effet.
- Ils ont une conception plus complexe, ce qui les rend plus chers.
- Ils nécessitent un apport d’air constant pour effectuer des mouvements d’avant en arrière.
4. Applications des actionneurs pneumatiques
Nous avons déjà évoqué à maintes reprises la manière dont les actionneurs pneumatiques nous permettent d'effectuer les tâches les plus difficiles et les plus exigeantes. Mais où sont utilisés les actionneurs pneumatiques dans le monde réel ?
Contrôle des vannes dans les processus industriels
Les actionneurs pneumatiques sont le plus souvent utilisés pour le contrôle des vannes dans des industries telles que le pétrole et le gaz, le traitement de l'eau et le traitement chimique.
L'actionneur pneumatique est relié à une vanne (par exemple une vanne à boisseau sphérique, à papillon ou à soupape). Une fois l'actionneur activé, il peut ouvrir ou fermer complètement la vanne, ou dans certains cas, l'ouvrir partiellement pour permettre l'étranglement et le contrôle précis des liquides, des gaz ou de la vapeur dans les canalisations.
Automatisation dans les chaînes de fabrication et d'assemblage
Dans les industries manufacturières et automobiles, les actionneurs pneumatiques sont utilisés pour automatiser diverses tâches telles que le déplacement de pièces, le tri de matériaux ou le positionnement d'outils.
Ils peuvent déplacer des bras d’assemblage, des convoyeurs ou des pinces à grande vitesse et avec efficacité sur de longues périodes de fonctionnement.
Systèmes de contrôle dans les environnements dangereux
Les actionneurs pneumatiques sont très répandus dans les environnements dangereux tels que les usines chimiques et les raffineries de pétrole, où le risque d'incendie ou d'explosion est élevé. En effet, ils utilisent de l'air comprimé au lieu de l'électricité, qui présente un risque d'incendie.
5. Avantages des actionneurs pneumatiques
Pour résumer pourquoi les industries choisissent les actionneurs pneumatiques pour leurs opérations, voici une liste d’avantages :
Haute vitesse et temps de réponse rapide
Le facteur principal derrière cet avantage est la disponibilité immédiate de l’air comprimé.
De plus, contrairement à un actionneur électrique Bien que l'actionneur pneumatique nécessite plus de temps pour se mettre en marche ou se déplacer, il peut convertir instantanément l'air comprimé en mouvement mécanique. On peut également affirmer que la résistance interne est minimale en raison de l'absence de moteurs ou de composants électriques.
Très efficace
Les actionneurs pneumatiques peuvent stocker de l'air comprimé dans un réservoir, ce qui lui permet de continuer à effectuer des actions rapides et répétables sur des périodes prolongées avant de devoir recharger l'alimentation en air
Rentabilité
Les actionneurs pneumatiques sont rentables pour deux raisons. Tout d'abord, leur coût initial est généralement plus faible, car les systèmes à air comprimé sont généralement déjà en place dans de nombreux environnements industriels.
Deuxièmement, les actionneurs pneumatiques ont généralement une durée de vie opérationnelle plus longue, dépassant souvent celle de leurs homologues électriques. Cela est principalement dû à la simplicité de leur conception, qui signifie moins d'usure et moins de besoins de maintenance.
6. Limitations des actionneurs pneumatiques
Bien entendu, les actionneurs pneumatiques ne sont pas sans inconvénients.
Lorsque votre alimentation en air n’est pas bonne et que les fluctuations se produisent plus souvent que prévu, les actionneurs pneumatiques ont du mal à réaliser et à maintenir des mouvements incrémentiels.
De plus, le bruit peut être un problème lors du fonctionnement avec des actionneurs pneumatiques, car le compresseur peut être bruyant. Cela peut être gênant pour les travailleurs ou les professionnels travaillant dans des bureaux à proximité.
En savoir plus sur les actionneurs pneumatiques
Comme vous pouvez le constater, les actionneurs pneumatiques présentent de nombreux avantages qui les rendent adaptés à l'automatisation industrielle et aux travaux lourds. Pour en savoir plus sur ses performances par rapport aux autres types d'actionneurs, consultez notre guide sur actionneur pneumatique vs actionneur électromécanique.
Mieux encore, appelez-nous et laissez-nous discuter de l’actionneur adapté à votre application spécifique.
Référence
Fonctionnement des actionneurs pneumatiques et avantages des actionneurs pneumatiques
