EPREUVE ECRITE D ADMISSIBILITE N 1

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1 CONCOURS DE RECRUTEMENT DE PROFESSEURS DE LYCEE PROFESSIONNEL AGRICOLE - 2ème grade (PLPA2) SESSION 2004 Concours : INTERNE Section : Sciences et technologies des agroéquipements et des équipements des aménagements hydrauliques Option A : Agroéquipements EPREUVE ECRITE D ADMISSIBILITE N 1 Sciences et techniques des équipements et des machines (Coefficient : 2 - Durée : 4 heures) Matériel autorisé : calculatrice Rappel : Au cours de l épreuve, la calculatrice est autorisée pour réaliser des opérations de calculs, ou bien élaborer une programmation, à partir des données fournies par le sujet. Tout autre usage est interdit. Le sujet porte sur divers aspects scientifiques et technologiques concernant une récolteuse de prunes d ente et une unité de séchage pour leur transformation en pruneaux. Pour la récolteuse, on abordera : - l étude fonctionnelle de la machine A (Partie N 1), - l étude du système automatisé de vibrage (Partie N 2), - l étude du système hydraulique associé au dispositif de vibrage (Partie N 3), - l étude mécanique du vibreur (Partie N 4). Pour l unité de séchage, on s intéressera plus spécifiquement à: - l étude thermodynamique du séchoir (Partie N 5), - l étude électrotechnique du ventilateur (Partie N 6). Les 6 parties peuvent être traitées séparément Partie N 1 : Partie N 2 : Partie N 3 : Partie N 4 : Partie N 5 : Partie N 6 : 6 points 9 points 6 points 8 points 6 points 5 points TRAITER LES SIX PARTIES INDEPENDANTES SUR DES FEUILLES SEPAREES Ministère chargé de l'agriculture - concours PLPA /18

2 INTRODUCTION Présentation générale de la récolte et de la récolteuse La récolte traditionnelle des prunes d ente destinées à être transformées en pruneaux s effectue manuellement et comporte deux phases : le secouage de l arbre et le ramassage des fruits au sol. La mécanisation de cette récolte, après plusieurs évolutions, s appuie désormais sur une vibration de l arbre avec réception des fruits sur plan(s) incliné(s). La récolte mécanisée en continu ( récolteuse non-stop ) nécessite l utilisation d un système automatisé embarqué gérant le dispositif de vibration. La récolteuse présentée sur les documents N 1 et N 2 est du type récolteuse non-stop. Elle comporte : - deux machines automotrices diesel (A et B) à quatre roues motrices et directrices, équipées de plans inclinés servant de réceptacles pour les fruits et dont la jonction au niveau de l arbre est assurée par des écailles escamotables. - un dispositif de vibrage hydraulique embarqué sur un des deux automoteurs (machine A). Ce système, actionné par l intermédiaire d un ensemble d électrodistributeurs hydrauliques, est géré séquentiellement par un automate selon une séquence cyclique décrite ci-après. - un système de conditionnement. Pour chaque machine, les fruits tombés sur le plan incliné sont rassemblés sur un tapis roulant qui les acheminent vers un palox avec, au passage, une ventilation permettant d éliminer les feuilles. L étude portera uniquement sur la machine A équipée du dispositif de vibrage. Description fonctionnelle et séquentielle du dispositif de vibrage. Le vibreur, animé hydrauliquement (C.f. Document N 4), fonctionne selon une séquence cyclique liée au déplacement en continu de la récolteuse. Pendant le déplacement de la machine A, le vibreur doit saisir l arbre qui se présente, le faire vibrer de façon discontinue, puis s effacer selon un cycle décrit ci-après. Pour cela, le vibreur est monté sur un chariot afin de lui permettre d effectuer sa translation cyclique. (C.f. Document N 3) Le fonctionnement cyclique du vibreur répond au cahier des charges suivant : Un cycle ne peut être enclenché que si les pinces (Av et Ar) sont ouvertes et si le vibreur est en position avant (capteur a actif, vérin de translation rentré). La fermeture de la pince 2 (Ar) est provoquée par la détection d un arbre par le palpeur e. La fermeture de la pince 1 (Av) est provoquée par la détection d un arbre par le palpeur f. La phase de vibration de l arbre est enclenchée dés que le pressostat (capteur g ) détecte une pression supérieure à son seuil de réglage (150 bar). La phase de vibration est constituée d une alternance d arrêts (de durée fixe, t 1 égale à 200 ms) et de vibrations (de durée réglable t 2, comprise entre 1 à 3s). Seul le temps d arrêt (t 1 ) est géré par l automate ; la durée de vibration (t 2 ) est gérée indépendamment de l automate afin d être réglable par l utilisateur de la récolteuse. Lorsque le capteur c détecte le vibreur, la phase de vibration s arrête et les 2 pinces s ouvrent (Av et Ar). Après une temporisation retard de 30 ms (t 3 ), le vibreur rejoint sa position de départ sous l action du vérin de translation. Ministère chargé de l'agriculture - concours PLPA /18

3 Dans un premier temps, le retour du vérin s effectue en vitesse rapide. Dans un second temps, lorsque le capteur b est détecté, la vitesse de retour diminue (vitesse lente). Le capteur a sert à détecter la fin de translation avant (retour) du vibreur et autorise un nouveau cycle. En cas de défaillance du capteur c, le capteur d se substitue au capteur c. Présentation de l unité de séchage pour la transformation en pruneaux Après lavage et calibrage, les prunes sont réparties sur des claies empilées sur des chariots qui sont introduits dans un tunnel de séchage à circulation d air chaud. La figure ci-dessous représente, de façon simplifiée, l unité de séchage. Tunnel Dispositif de conditionnement d air Ventilateur Unité de séchage La prune a une teneur en matière sèche de 25% à l entrée de l unité. Après séchage, la prune devient pruneau et a une teneur en eau finale de 22%. La capacité de séchage d une unité est de 375 kg de prunes par heure. Le séchoir est alimenté en air ambiant ayant pour caractéristiques : - température : 20 C, - humidité relative : 70% A la sortie du séchoir, l air rejeté dans l atmosphère a les caractéristiques suivantes : - température : 35 C, - humidité relative : 80% La perte de charge due à la circulation de l air dans le séchoir est estimée à 500 Pa ; les autres pertes de charge sont négligeables. L air est chauffé par le brûleur à gaz et est introduit dans le séchoir par un ventilateur dont le rendement total est de 0,85. Ce ventilateur est entraîné par un moteur électrique asynchrone triphasé. Ce moteur démarre en direct et est alimenté par le réseau EDF 230/400V-50Hz. Les indications principales portées sur la plaque signalétique du moteur électrique du ventilateur sont données dans le tableau ci-dessous : Moteur 3 IP 55 Icl. F 60 C V Hz tr.min -1 kw cos φ Rt % 230/ ,85 88 Plaque signalétique du moteur du ventilateur Ministère chargé de l'agriculture - concours PLPA /18

4 Partie N 1 (6 pts) Etude fonctionnelle de la machine A 1.1 Citer la fonction principale de la machine A. 1.2 Identifier, en suivant le cheminement d un fruit, les différents sous-systèmes de la machine A. Citer leur(s) fonction(s). 1.3 Réaliser l analyse fonctionnelle de la machine A en vous limitant aux représentations des niveaux (A-0) et (A0) de la méthode SADT. Préciser le point de vue adopté. 1.4 Réaliser le diagramme de décomposition fonctionnelle (FAST) du sous-système de vibrage. (C.f. Document N 3) Partie N 2 (9 pts) Etude du système automatisé de vibrage 2.1 La partie commande du dispositif de vibration utilise des organes et des fonctions binaires qui font appel à la logique combinatoire et/ou à la logique séquentielle Présenter succinctement ces deux logiques Choisir la solution logique qui vous paraît être la plus adaptée pour piloter le dispositif de vibrage. Argumenter votre réponse. 2.2 Réaliser le GRAFCET, du point de vue système, correspondant au cycle de vibrage. Préciser toutes les réceptivités et actions en utilisant les repères des capteurs et des préactionneurs des documents N 3 et N Citer deux raisons qui justifient l absence de capteurs de fin de course sur les deux vérins de pinces du vibreur. Argumenter votre réponse. Partie N 3 (6 pts) Etude du système hydraulique associé au dispositif de vibrage Le document N 4 présente le système hydraulique associé au dispositif de vibration (bloc hydraulique arrière, machine A). La pompe à engrenages de cylindrée 22 cm 3.tr -1 est entraînée par un moteur thermique dont la vitesse de rotation au régime nominal est de 2000 tr.min -1. Le vibreur est animé par un moteur hydraulique de cyclindrée 24 cm 3.tr -1. Le vérin de translation a pour principales caractéristiques : 60-40/ Expliciter la fonction de l électrodistributeur repéré par le chiffre 1. Ministère chargé de l'agriculture - concours PLPA /18

5 3.2 Justifier la présence du pressostat. 3.3 Décrire brièvement le comportement de l électrodistributeur (repères 9 et 10) et des éléments qui lui sont associés lors de l ouverture et de la fermeture de la pince 2 (Ar). 3.4 Le retour du vibreur en position de départ du cycle s effectue dans un premier temps en vitesse rapide puis dans un deuxième temps en vitesse lente ajustable. L obtention des deux vitesses est commandée par un électrodistributeur (repère 4) Réaliser, sur votre copie, le schéma hydraulique permettant de répondre à cette contrainte. Expliciter, pour les 2 vitesses, le comportement de l électrodistributeur et le (ou les) circuit(s) du fluide Calculer la vitesse maximum de retour du vibreur. 3.5 Calculer la vitesse de rotation du moteur hydraulique au régime nominal du moteur thermique. 3.6 Pour adapter le fonctionnement de la récolteuse à diverses espèces d arbres, le constructeur devrait avoir la possibilité d ajuster le régime de rotation du vibreur (dispositif non présenté sur le document n 4) ; celui-ci ne pouvant être modifiable par l utilisateur. Proposer une solution permettant cette adaptation de la récolteuse. Partie N 4 (8 pts) Etude mécanique du vibreur Le document N 5 représente la partie mécanique du vibreur et un dessin comportant les principales caractéristiques de la poulie usinée. Cette poulie comporte un porte masse pouvant recevoir un jeu de quatre masselottes additives de même nature (acier de masse volumique 7800 kg.m -3 ) et supposées de mêmes dimensions que leurs deux supports. Un moteur hydraulique entraîne la poulie par une transmission à courroie (représentée partiellement sur le document N 3). Au régime nominal, la poulie a une vitesse de rotation égale à 800 tr.min Réaliser le schéma cinématique normalisé de l ensemble de ce dispositif. 4.2 Calculer la force centrifuge appliquée sur la poulie usinée dans les conditions les plus défavorables. 4.3 Choisir, dans la gamme proposée dans les documents N 6A et N 6B, les roulements (repères 4 et 9 du document N 5) à utiliser pour le guidage en rotation de la poulie. Justifier le choix du (ou des) type(s) de roulement. Préciser les critères retenus. Donner les dimensions caractéristiques des roulements choisis. 4.4 Compléter la partie dessin technique du montage des roulements sur l annexe N 1 (A rendre avec la copie). Nota : L immobilisation des roulements sera réalisée uniquement par des épaulements ou des circlips. 4.5 Citer la (ou les) référence(s) des ajustements de ces roulements (4 et 9) sur la poulie à l aide des documents N 7A et N 7B. Préciser et justifier vos critères de choix. Ministère chargé de l'agriculture - concours PLPA /18

6 4.6 La vue éclatée du document N 5 propose une solution (Solution N 1) de montage des roulements Réaliser, sur votre copie, une représentation simplifiée d une autre solution de montage des roulements (solution N 2) Commenter la pertinence des deux solutions (N 1 et 2). Partie N 5 (6 pts) Etude thermodynamique du séchoir 5.1 Déterminer le débit horaire d eau à enlever aux fruits. 5.2 Sans tenir compte du recyclage de l air et en supposant le séchage isenthalpique : Déterminer la quantité de chaleur que le brûleur à gaz propane doit fournir par kg d air sec circulant. Placer sur le diagramme de l annexe N 2, à rendre avec la copie, les points représentatifs de l état de l air ambiant et de l état de l air à la sortie du séchoir Déterminer la puissance de chauffe à fournir par le brûleur à gaz Déterminer la puissance à fournir au ventilateur. 5.3 Citer le principal avantage et le principal inconvénient du recyclage de l air. 5.4 Citer la fonction de l unité de conditionnement d air. Décrire brièvement les transformations subies par l air. Partie N 6 (5 pts) Etude électrotechnique du ventilateur 6.1 Identifier chaque inscription portée sur cette plaque signalétique du moteur. 6.2 Choisir et justifier, à l aide d une représentation schématique, le couplage à réaliser au bornier. 6.3 Réaliser le schéma électrique normalisé de branchement du moteur électrique avec ses composants de protection 6.4 Citer la fonction des différents dispositifs de protection. 6.5 Choisir, à l aide des tableaux du document N 8, les composants de sécurité adaptés. Justifier votre choix et détailler les calculs réalisés pour obtenir les critères retenus. Ministère chargé de l'agriculture - concours PLPA /18

7 Ministère chargé de l'agriculture - concours PLPA /18

8 Ministère chargé de l'agriculture - concours PLPA /18

9 Ministère chargé de l'agriculture - concours PLPA /18

10 Ministère chargé de l'agriculture - concours PLPA /18

11 Ministère chargé de l'agriculture - concours PLPA /18 N Nomenclature Désignation Vis fhc m12*30 Vis H M10-20 Rondelle arrêtoir Axe Flasque d axe (soudé sur le châssis) Porte masse (support des masselottes) Rond étiré φ 16 Lg 35 Roulement Masselotte ép 10 Masselotte fraisurée ép 10 Bague de calage Poulie usinée Roulement Bague de calage Ecrou d axe M39*300 Rondelle arrêtoir Porte masse Maximum 4 masselottes VIBREUR NON STOP POULIE USINEE (Montage) D'après document constructeur CEPPARO DOCUMENT N 5

12 Ministère chargé de l'agriculture - concours PLPA /18

13 Ministère chargé de l'agriculture - concours PLPA /18

14 DOCUMENT N 7 (A) AJUSTEMENTS D'après le Guide du dessinateur industriel, Hachette Ministère chargé de l'agriculture - concours PLPA /18

15 DOCUMENT N 7 (B) AJUSTEMENTS D'après le Guide du dessinateur industriel, Hachette Ministère chargé de l'agriculture - concours PLPA /18

16 DOCUMENT N 8 MATERIEL ELECTRIQUE D'après document CASTEILA Mémotech Génie Energétique KW KW KW KW KW A A A Ministère chargé de l'agriculture - concours PLPA /18

17 B E C D MINISTERE DE L AGRICULTURE CONCOURS : Nom : Section : (EN MAJUSCULES) Spécialité ou Option : N ne rien inscrire Prénoms : EPREUVE : Date de naissance : 19 Centre d épreuve : Date : SESSION 2004 CONCOURS INTERNE STAEH - Option A : Agroéquipements (à compléter et à rendre avec la copie) ANNEXE 1 POULIE (Montage des roulements) N ne rien inscrire Echelle : 2/3 Ministère chargé de l'agriculture - concours PLPA /18

18 B E C D MINISTERE DE L AGRICULTURE CONCOURS : Nom : Section : (EN MAJUSCULES) Spécialité ou Option : N ne rien inscrire Prénoms : EPREUVE : Date de naissance : 19 Centre d épreuve : Date : SESSION 2004 CONCOURS INTERNE STAEH - Option A : Agroéquipements N ne rien inscrire (à compléter et à rendre avec la copie) ANNEXE 2 DIAGRAMME PSYCHROMETRIQUE Ministère chargé de l'agriculture - concours PLPA /18

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