Vérin pneumatique: vitesse de sortie constante avec charge variable

[DA56]

Bonjour à tous,

Je dois créer un banc de test dans lequel j'utiliserais un vérin pneumatique pour pousser une charge variable sur un plan horizontal (projet en entreprise).
Voici les différents critères afin de dimensionner mon vérin :
- vitesse constante (+/- 5 mm/s)
- vitesse modifiable entre 20 et 100 mm/s
- charge variable entre 5 et 50N (dans l'axe du vérin)

Mon problème est lié à la linéarité de la vitesse du vérin.
J'ai cru comprendre qu'il était possible de faire sortir la tige d'un vérin pneumatique à une vitesse constante uniquement lorsque la charge est constante également. Si elle ne l'est pas, la compression-décompression de l'air dans les chambres du vérin fait qu'il devient très compliqué de faire bouger la tige à une vitesse constante. C'est le cas dans mon futur banc de test, la charge en bout de vérin varie pendant la durée d'un seul test et peut donc passer par exemple de 20N à 40N.

Auriez-vous des solutions techniques / technologiques afin de résoudre ce problème ?

Merci d'avance !
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[Positron1]

Salut,
Ce projet peut-être réalisable, il suffit de dimensionner le vérin en conséquence, comprends que si le vérin est trop petit il subira une forte influence,

[JeanYves56]

Bsr ,

Ce doit etre plus facile a réaliser avec un vérin electrique , parce qu'en fait c'est une vis qui tourne

[DA56]

Positron 1 : Tout à fait, il s'agit déjà d'une caractéristique que j'ai en tête. J'ai réalisé des premiers essais avec un vérin de petit diamètre (remplir la première et la deuxième chambre d'air, et réguler le débit de sortie de la seconde chambre avec un régulateur de débit manuel), et les résultats n'étaient pas satisfaisants (petit diamètre = faible pression sur le piston du vérin + charge importante qui varie = une vitesse de sortie qui "saccadait" avec accélérations et ralentissements à +/- 20 mm/s). En passant sur un vérin avec un plus gros diamètre et en gardant les mêmes configs de test, les résultats sont meilleurs mais la vitesse dévie encore trop en sortie pour mon projet (+/- 15mm/s). Je ne suis pas sûr qu'encore plus augmenter la taille du vérin soit la solution, à mon avis c'est la "technique" que j'utilise qu'il faudrait revoir.

JeanYves56 : La question du vérin électrique s'est effectivement posée, mais il y aura des mesures de vibrations sur mon banc et ce type de vérin entraîne des vibrations trop importantes (chocs entre la vis sans fin et l'écrou, vibrations du moteur...), ce qui fausserait mes résultats . C'était une bonne idée, mais pas applicable ici


D'autres idées ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[mécano41]

Bonjour,

Tu peux éventuellement regarder ici, et les interroger...

https://www.festo-didactic.com/ov3/m..._vitesse_f.pdf

Cordialement

[Positron1]

Salut,

D'autres idées ?

Ce n'est pas ce qui manque ! mais il faudrait connaitre des moyens dont tu disposes, un régulateur manuel ? c'est quoi ? tu pinces le tuyau ?
pour des essais qui tiennent la route, il te faut de l'air comprimé qui tienne le coup et une électrovanne avec régulateur, déjà là, ça aura l'air de quelque chose.
Ceci dit, je comprends que ce matériel ne tombe pas du ciel, il faut un budget.
Et pour finir malgré une bonne installation tu auras toujours des fluctuations , le tout c'est qu'elles entrent dans tes caractéristiques. ce serait de l' hydraulique tu aurais de meilleurs résultats
Fais joujou avec ton vérin, des tuyaux, des robinets, et le robinet d'arrivée d'eau, tu verras ce sera beaucoup plus précis.

[DA56]

mécano41 : Merci pour la doc, je l'avais déjà trouvée et lue sur internet il y a quelques semaines. Festo indique et confirme bien dans celle-ci que "Si on veut maintenir la vitesse d un vérin pneumatique constant il est important de maintenir la charge du vérin constante", ce qui n'est pas le cas dans mon projet et d'où l'intérêt de ma question. Contacter Festo viendra en dernier recours, j'aimerai d'abord avoir une vision globale des solutions réalisables avant que je ne doive contacter un de leur commerciaux et qu'il essaye de me vendre une de ses technos, au lieu de me montrer comment je pourrais faire avec les moyens que j'ai actuellement

Positron1 : Voici les conditions de mes tests :
Le vérin était raccordé au réseau d'air de l'entreprise qui délivre généralement entre 4 et 7 bars (malheureusement avec des fluctuations selon le nombre d'équipements qui utilisent le réseau en même temps, etc...). L'air passe dans un clapet anti-retour, filtre, électrovanne, régulateur de pression pneumatique puis vanne de régulation de débit manuel à vis (le fameux "régulateur manuel"). Il me semble que c'est dans ce sens là, désolé je suis assez novice.
J'ai à peu près réussi à avoir une vitesse constante en bricolant et bidouillant avec ces différents régulateur, mais avoir cette fois-ci la vitesse voulue devient compliqué. Il faut que je puisse équilibrer à la fois vitesse constante, et "exactitude" de la vitesse souhaitée à la base. Une idée serait d'automatiser et d'asservir ce circuit afin d'avoir encore de meilleurs résultats.
Mais tout à fait d'accord, mon objectif est aujourd'hui simplement d'avoir une installation qui me permette de respecter mes critères !
Je vais continuer à jouer avec ce que j'ai de dispo.

Si jamais des idées "low-cost" ou facile à mettre en oeuvre émergent chez quelqu'un, je suis toujours preneur

[le_STI]

Salut,

il y aurait la solution de lier un système vis/écrou irréversible à la tige du vérin (ou à la charge à déplacer) et de jouer sur la vitesse de rotation de la vis pour imposer une vitesse à la tige du vérin.

C'est quasi-identique à l'idée du vérin électrique (que j'aurais également proposé en première intention) à ceci près qu'ici on résiste à l'avancement, ce qui pourrait engendrer moins de vibration.

[Positron1]

Re,
comment commandes tu tes mouvements, entrées, sorties ?
Tu as un distributeur au moins ? si c'est le cas, aux sorties qui sont réglables tu peux déterminer la vitesse entrée et sortie qui peuvent être différentes

[DA56]

Re,

le_STI : Merci pour ton idée ! Quand tu parles d'écrou irréversible, tu parles d'un écrou frein ? Le joint à l'intérieur pourrait permettre en effet d'amortir les vibrations pendant l'avancement, mais je pense qu'il restera des microchocs entre les filets de la vis et de l'écrou qui pourraient avoir un impact sur mes mesures de vibrations sur la charge. Hésite pas à me redire si j'ai bien compris ton idée. Je vais continuer à réfléchir là-dessus, il y a peut-être quelque chose à faire.

Positron1 : J'ai réalisé ces premiers tests à l'aide d'un banc standard dans l'entreprise et un technicien. Les entrées et sorties du vérin sont gérées à l'aide d'un programme un peu dans le style d'un grafcet, qui est écrit par le technicien en fonction du besoin du test. Il peut normalement gérer la mise en pression du vérin. Je sais qu'il y a des distributeurs mais je ne connais pas leur configuration. Comment déterminer la vitesse aux sorties réglables ?

Pour info et comme dit dans un précédent message, je m'intéresse également à un asservissement automatique de la vitesse avec une boucle PID. A voir si c'est facilement réalisable ou pas.

[Positron1]

Salut,
Tous les conseils que je te donne sont pour du fonctionnement analogique, le vérin à air ne connais pas le grafcet ! et, si tu cherches quelque chose de très précis, il te faudra effectivement tourner vers une vis à bille motorisée.
L'utilisation et les réglages se font pas tâtonnements sur une vis pointeau, cela fonctionne très bien et très fiable dans le temps

[le_STI]

De rien

non lorsque je parle d'irréversibilité, je veux dire dans la liaison vis/écrou.

Selon le pas de vis, le diamètre primitif et la technologie employée, la transmission de mouvement par vis/écrou peut être irréversible (une poussée axiale sur l'écrou ne permet pas de faire tourner la vis) ou réversible (une poussée axiale sur l'écrou peut faire tourner la vis).

L'irréversibilité servirait ici à empêcher que la poussée du vérin ne fasse tourner le moteur/motoréducteur. Mais ce n'est pas impératif.

Si on en revient au vérin électrique, t'es-tu renseigné sur le risque réel de vibrations?
Parce que, si tu crains que le contact entre les filets engendrent des vibrations, sache qu'il existe des vérins électriques à vis à recirculation de billes ou encore à vis à rouleaux satellite.

[hydro73]

Bonjour DA56,
Je pourrais peut être vous aider. Pour cela il serait souhaitable de décrire l'application liée à ce système, la course, données à respecter uniquement en sortie de tige? Le rappel doit se faire rapidement? Comment, Nombre de cycles/mn etc.

[albi69]

Bonjour
En hydraulique il existe des régulateurs qui assurent un débit régulier quelle que soit la pression ( ou la charge ). En associant un tel circuit, qui peut s'apparenter à un amortisseur pour la forme et l'adaptation il serait peut être possible de régler le problème. La précision de régulation dépend un peu du coût du régulateur et sa taille du débit régulé. La régulation entraine une perte de charge.
Par le passé j'en ai construit un qui fonctionnait bien sur mon application. Ci joint un schéma de principe.

[Forhorse]

Je dis peut être une connerie, mais passer sur une solution oléo-pneumatique ne permetrait pas de reguler la vitesse d'avancement du vérin ? Car dans ce cas c'est surtout le débit d'huile qui définit la vitesse plus que la charge (toute proportion gardé bien entendu) et on s'affranchit des effets de compression/décompression du justement aux variations de charge.
Pour moi pour que ça fonctionne il faut simplement que la force fournie par le vérin soit largement plus grande que celle de la charge à entrainer, et que ce soit le débit d'huile qui impose la vitesse (à régler avec un réstricteur)
Festo propose justement des solutions oléo-pneumatique (qui se résume en gros à une réserve d'huile à ajouter dans le circuit d'une chambre d'un vérin pneumatique)

[albi69]

Bonjour
Pour régler le débit d'huile il faut effectivement un "restricteur". Le problème avec un restricteur est que le débit est proportionnel à la racine du delta P entre l'entrée et la sortie. Dans le cas d'une charge variable, la pression en sortie varie en fonction de la charge.
Le principe du dispositif présenté ci dessus permet de garantir un delta P constant et donc une vitesse constante. C'est un principe existant et largement appliqué depuis des décennies au moins et qui donne de bons résultats. Il existe chez tous les constructeurs hydrauliciens pour des prix à partir de quelques dizaines d'€ jusqu'à l'infini.
Pour continuer dans l'élaboration d'une solution, il faudrait mettre des chiffres sur quelques paramètres indéfinis.

[JeanYves56]

Bjr ,

Il me semble , que pour ralentir un verin pneumatique on agit sur l'echappement ,

[albi69]

Bonjour
Pour ralentir un vérin pneumatique, on peut agir sur l'échappement, sur l'admission ou sur les deux, ça dépend de l'application.
Cordialement

[JeanYves56]

Bsr ,

Lorsqu'une vitesse constante est souhaitée, la régulation doit avoir lieu sur l'échappement d'air .

extrait doc Festo donnée plus haut

[albi69]

Bonjour
@ JeanYves56, Si Festo l'a dit, alors, il faut suivre les recommandations...!
Cordialement

[JeanYves56]

Bjr ,

Ben Festo je connais ,
plus haut vous parlez d'hydraulique , les fluides sont tout de même différents et le mouvement des organes aussi

[albi69]

Bien sur vous avez raison. Ce que je veux dire c'est que les solutions pour résoudre des problèmes sont souvent multiples, il ne faut pas s'enfermer dès le départ avec un principe universel alors qu'il ne couvre généralement que 90% des cas. Ce sont les 10% de cas restants qui arrivent dans ces discussions car ils sont un peu différents.
Essayez de résoudre le cas d'une charge parfois menante et parfois résistante qu'il faut réguler en vitesse, par exemple une charge pendulaire, le principe de base est difficilement applicable.
Même si les fluides sont différents, si on veut un débit régulier il faut une différence de pression constante entre l'entrée et la sortie d'une restriction fixe, ça c'est un principe qui fonctionne 100% des cas dans une application industrielle. La question qui reste, c'est de quelle manière obtenir le delta P constant.
Cordialement

[Positron1]

Salut,
Si l'on veut respecter les critères demandés :

- vitesse constante (+/- 5 mm/s)
- vitesse modifiable entre 20 et 100 mm/s
- charge variable entre 5 et 50N (dans l'axe du vérin)

Il faut un système de mesure d'avance ou de déplacement par optique, ou magnétique, ce système en fonction des réglages ou des valeurs demandées,va nous ouvrir ou fermer une électrovanne et cela à une fréquence déterminée.
En hydraulique, il existe des régulateurs à pistons, entraînés par un moteur à vitesse variable ou tout simplement en jouant sur la course des pistons, ce système est bien plus précis car il ne subit pas les effets néfastes de l'élasticité de l'air.

[albi69]

Bonjour DA56
J'ai essayé de prendre en compte vos observations et votre demande et je vous propose un schéma de principe qui ne représente pas un gros investissement. Je crois que vous avez presque tous les éléments. Je reste à votre disposition pour étudier les détails si vous le souhaitez.
Régul vitesse vérin.pdf

[Positron1]

Salut,
Tu es en train de réinventer les suspensions Citroën !!!
Ton problème est que la charge fluctue, donc l'énergie nécessaire fluctue aussi, qu'est ce qui va compenser cette différence ? le régulateur ? sera t il suffisamment efficace ?

[albi69]

Bonjour
Citroën n'a rien inventé, il a utilisé les composants existants sur le marché.
Mon système n'a pas d'accumulateur ni de système de positionnement, rien à voir avec Citroën.
C'est un système équivalent à celui de DA56.
Pour éviter les fluctuations du circuit, je baisse la pression. Cette option peut peut-être à elle seule régler une partie du problème.
Ensuite, j’utilise de l'huile pour réguler la vitesse de sortie tige, un autre problème de réglé concernant la régularité du mouvement.
Enfin, un régulateur de débit est capable de réguler un débit avec une précision inférieure à 4%.
Tout ça reste de la théorie, il faut ensuite passer à la réalisation.