Le vérin électrique industriel : fonctionnement et applications
Le vérin est un élément de gestion de l’automatisation. C’est un type d’actionneur extrêmement répandu dans l’industrie, qui fonctionne par déplacement d’une tige à l’intérieur d’un cylindre (ou boîtier). Le mouvement du vérin est donc un mouvement linéaire.
Il existe trois grandes familles de vérins industriels : les vérins électriques, les vérins hydrauliques et les vérins pneumatiques. D’une famille à l’autre, c’est la manière dont l’énergie du moteur est transmise à la tige qui varie : transmission mécanique pour les vérins électriques (ou plus exactement, donc, vérins électromécaniques), fluide (ou huile) sous pression pour les vérins hydrauliques, air comprimé pour les vérins pneumatiques.
Découvrons ensemble ce qui caractérise un vérin électrique industriel, comment il fonctionne et dans quels types d’applications il est utilisé.
Qu’est-ce qui caractérise le fonctionnement d’un vérin électrique ?
Les trois principaux éléments qui permettent de caractériser un vérin (toutes familles confondues) sont : la course (longueur de déplacement maximale), la force (effort en pression et/ou traction que le vérin peut développer), la vitesse de déplacement.
Chaque famille aura ses propres limites sur ces trois critères, et pourra aussi se distinguer des autres familles par d’autres critères liés à l’application ou à l’exploitation. Le vérin électrique se différencie ainsi du vérin hydraulique et du vérin pneumatique sur des critères tels que :
La régulation
La technologie électromécanique est celle qui offre les meilleures possibilités de régulation. Les vérins électriques sont donc les champions des cycles complexes avec plusieurs vitesses sur une même course, des profils de mouvement variés, etc.
La maintenance
Grâce à la lubrification des éléments mécaniques une fois pour toutes lors de leur fabrication en usine et à la protection que cette lubrification apporte, la maintenance des vérins électriques est quasi nulle.
Le bruit
Le vérin électrique est de loin le vérin le plus silencieux. Il n’a besoin d’aucun compresseur, d’aucune centrale. Il fonctionne avec un moteur électrique (discret par nature) et qui plus est brushless (sans balais). L’absence de frottement des balais réduit les vibrations à l’intérieur du moteur et le rend d’autant plus silencieux.
L’efficacité énergétique
Contrairement aux vérins pneumatiques et hydrauliques classiques, les vérins électriques n’ont pas besoin d’être alimentés en énergie lorsqu’ils sont à l’arrêt. Cette spécificité permet de réaliser des économies significatives dans certaines applications.
Quels sont les principaux composants d’un vérin électrique industriel ?
Le vérin électrique se compose de 3 éléments principaux qui vont respectivement apporter l’énergie au système, la convertir en mouvement, et utiliser ce mouvement pour réaliser une action. Il s’agit du moteur, du système d’entraînement et de la tige. S’y ajoutent les interrupteurs de fin de course pour limiter le déplacement dans une plage acceptable pour le vérin.
Moteur électrique
Les moteurs électriques utilisés dans les vérins électriques industriels sont des servomoteurs . Cela signifie qu’ils contiennent un codeur capable de convertir les tours d’arbre en impulsions numériques interprétables par un contrôleur. Les moteurs peuvent être montés de différentes manière sur le vérin : en ligne, c’est-à-dire dans l’axe de la tige, ou sur un axe parallèle. Cette dernière configuration est appelée « renvoi par courroie » car c’est au moyen d’une courroie que la transmission entre les deux axes est effectuée.
Des engrenages seront associés au moteur pour adapter la vitesse de rotation aux besoins de l’application.
Système d’entraînement
Le rôle du système d’entraînement est de convertir la rotation de l’arbre du moteur en mouvement linéaire. Cette conversion s’effectue via le filetage d’une vis sans fin, associé à un écrou. Il existe deux grands types de vis :
– les vis à billes sont les plus utilisées. Le système se compose d’une tige filetée et d’un écrou à l’intérieur duquel sont placées des billes. C’est le déplacement des billes qui crée le mouvement linéaire.
– les vis à rouleaux satellites sont utilisées pour le déplacement de charges élevées. Ici ce sont des cylindres filetés qui sont disposés entre l’écrou et la vis. C’est la rotation des rouleaux qui crée le mouvement linéaire.
Vidéo Vis à Rouleaux Satellites
Regardez notre vidéo YouTube pour en apprendre davantage sur les vis à rouleaux satellites.
Tige
La tige du vérin, également appelée piston, est en fait un tube métallique qui lorsque le vérin est en position rétractée entoure la vis sans fin. La tige est généralement en acier inoxydable. Elle est fixée au système d’entraînement (vis à billes ou à rouleaux).
Lorsque la tige sort du corps du vérin, elle peut déplacer une masse en la poussant. L’action peut aussi être réalisée en sens inverse en tirant une masse lors de la rétraction du piston.
Interrupteurs de fin de course
Ces éléments coupent le moteur lorsque la tige arrive à sa position de déploiement et de rétraction maximale. Cela permet d’éviter de dépasser la course admise.
Quels sont les domaines d’application du vérin électrique industriel ?
Les vérins électriques se retrouvent dans de nombreuses applications industrielles. Leurs domaines de prédilection en actionnement direct sont le levage, l’assemblage, le poinçonnage, le sertissage le rivetage de pièces et toutes les applications de presse. Des opérations que l’on retrouve aussi bien dans la construction automobile que dans la fabrication de composants électroniques ou encore dans l’industrie du cuir par exemple.
On va également retrouver les vérins électriques au cœur de nombreuses machines, comme composants d’automatisation cette fois. Ils peuvent être intégrés à des systèmes de dosage ou de convoyage par exemple les secteurs du conditionnement et de l’emballage pour l’agroalimentaire, la cosmétiques et les produits pharmaceutiques les utilisent beaucoup.
Quels sont les critères à prendre en compte pour choisir un vérin ?
Charges
La première question à se poser est celle des charges qui devront être déplacées sur l’ensemble des cycles. Cela vous permettra de savoir si un vérin électrique peut suffire ou si vous devez passer à un vérin hydraulique, mais aussi de vous orienter dans les différentes gammes de vérins électriques.
Le saviez-vous ?
La charge admissible maximale pour un vérin électrique peut être de plusieurs tonnes.
Elle est par exemple de 5,6 tonnes pour les vérins standards de la série EMC et de 29 tonnes pour les vérins standards charges lourdes EMC HD.
Dynamique
La seconde question est celle du profil de mouvement à effectuer. Cette thématique regroupe plusieurs sujets tels que les distance à parcourir, les vitesses de déplacement attendues, les accélérations requises. Meilleure sera la description du mouvement, meilleure sera le choix du vérin.
Facteur de marche
Le facteur de marche est le ratio de temps pendant lequel le vérin sera en mouvement sur le temps total du cycle. Ce ratio joue un rôle important dans la durabilité des vérins ; il est important de le quantifier en amont du dimensionnement.
Environnement
L’environnement dans lequel va fonctionner le vérin peut être plus ou moins sévère. Les équipements peuvent être exposés à de la poussière, des résidus de produits, des graisses. Ils peuvent être intégrés dans lieux soumis à des nettoyages intensifs, avec des détergents puissants ou des jets haute pression. Toutes ces conditions auront une influence sur le choix des matériaux et des indices de protection (IP).
Si vous hésitez dans le choix de votre vérin, n’hésitez-pas à contacter votre fabricant, à utiliser les outils de dimensionnement en ligne qui vous sont proposés, ou encore à comparer différentes technologies.
