T.P. Elingage. Objectif. Sécurité. Manipulations

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1 T.P. Elingage Objectif Au cours de cette séance, vous allez appliquer vos connaissances de la statique du solide sur un cas réel du domaine de la manutention. Vous allez étudier l incidence du mode d élingage et de la répartition des masses sur la sollicitation des élingues ; puis, vous utiliserez diverses associations de poulies pour soulever une poutre donnée et déterminer les rendements des palans ainsi constitués. Sécurité Une attention particulière au respect des règles de sécurité vous est demandée pour cette séance car vous allez utiliser du matériel industriel dans des conditions réelles de charge. La manipulation d élingues en câble galvanisé est souvent sujette à provoquer des écorchures par la présence de gendarmes ; l utilisation de la potence par plusieurs personnes nécessite une bonne coordination de vos déplacements et une veille constante de la position du bras. Utilisez les gants et les casques qui sont à votre disposition ; répartissez clairement les tâches de manœuvre de la potence, d élingage, et de mesure. N utilisez la potence que lorsque ses roues sont bloquées. Manipulations Cinq manipulations successives vous sont demandées. Toutes les manipulations se font avec la poutre posée sur la planche de bois installée sur les deux jambes horizontales de la potence. Les poutres lourdes seront impérativement soulevées par deux personnes en les tenant par leurs extrémités. Elles seront toujours posées horizontalement et on veillera, grâce au crochet tournant, à ce que la poutre soulevée reste toujours dans un même plan vertical. Au cours de chaque manipulation, on veillera à ne pas dépasser les charges maximales autorisées pour les dynamomètres (50 kg) et pour les éléments constitutifs de l'élingage. H. Luciani Y. Monnier ENSIBS1 TP de mécanique 1/9

2 Matériel Vous disposez pour ces manipulations de : Matériel pour les essais : Potence de charge maximale utile de 500 ou 1000 kg en position bras rentré Différentes poutres en acier de construction dont les masses vont de quelques kg à près de 15 kg et munies d anneaux de levage (NFTW, 0,25t). La masse d un anneau+écrou est de m a 160 g. - longueur de 500 à 1000 mm, - = 7800 kg/m3, - section de profil UPN 80 = mm² Des élingues de différentes longueurs (CMU=50 kg) Des estropes (CMU=40kg) ; Des poulies simples, doubles et triples (CMU=100 kg, diamètre de cordage 6 mm) Des esses (CMU=60 kg) Des manilles (CMU=60 kg) Matériel de mesure Un mètre déroulant Un dynamomètre Tractel Handyfor 50 de charge maximale 50 dan. H. Luciani Y. Monnier ENSIBS1 TP de mécanique 2/9

3 Étude préliminaire Pour les questions pratiques d élingage, on se reportera de façon utile aux documents de l INRS ED389 et ED716. Sur un câble ou une sangle de levage, il est indiqué charge limite 500kg ; il s agit de sa CMU, charge maximale d utilisation. Pour ces produits, le coefficient d utilisation (facteur de sécurité) est de l ordre de 5 et même 7 pour les sangles textiles. On définit également un facteur de mode d élingage f permettant de calculer la charge maximale de l'élingage CME, c est à dire la charge que l on peut effectivement soulever, et telle que : CME = CMU. f 4 A /2 2 C G 1 Tension dans l élingue T = CMU 3 Charge P = CME B Déterminer la tension T de chaque élingue en fonction du poids soulevé et de l angle /2, lorsque l on soulève une charge par deux points d amarrage avec un crochet de levage et 2 élingues de même longueur. Remarque : on utilisera la situation dessinée (les 2 élingues font le même angle avec la verticale) après avoir montré dans quelles conditions elle se produira. En déduire f en fonction de l angle /2 en se plaçant dans le cas limite où P = CME et T = CMU. H. Luciani Y. Monnier ENSIBS1 TP de mécanique 3/9

4 Première manipulation : masse des poutres. Détermination théorique et expérimentale de la On appellera dans la suite du texte : P1 la plus petite poutre, P2 la plus grande poutre et PG la poutre double. Détermination théorique QUESTION 1.1 : Mesurer la longueur des différentes poutres. Déterminer la masse théorique exprimée en kg des trois poutres proposées. Détermination expérimentale On se placera dans le cas d un élingage symétrique, c est-à-dire avec deux anneaux placés symétriquement sur la poutre et deux brins d élingue identiques : Potence Crochet Esse Dynamomètre Montage symétrique Esse Elingue 80 Il sera alors possible de soulever les différentes poutres et de mesurer leur masse. QUESTION 1.2 : Relever le poids des trois poutres et en déduire leurs masses. QUESTION 1.3 : Comparer vos résultats avec les valeurs théoriques H. Luciani Y. Monnier ENSIBS1 TP de mécanique 4/9

5 Deuxième manipulation : Effet de l'angle d'élingage. Nous allons utiliser la poutre simple P2 pour vérifier expérimentalement la relation entre la tension dans les élingues et l angle thêta, pour un même poids soulevé. On restera toujours dans le cas d un élingage symétrique, pour que la poutre soit horizontale pendant le levage. Nous ferons varier l angle thêta en utilisant d une part, des paires d élingues de longueurs différentes, et d autre part les deux positions d'amarrage sur la poutre. Chaque configuration fera l objet de 3 mesures successives, avec dépose de la poutre entre chaque, et inversion des rôles entre les membres du binôme. Potence Crochet Esse Barre Cale de la longueur du dynamomètre Elingues de longueurs différentes Poutre 1500 mm Dynamomètre ATTENTION, les élingues comme le dynamomètre ont une CMU de 50 kg qu il est impératif de ne pas dépasser! Comme il est difficile de mesurer l angle qui nous intéresse, on va le calculer pour chaque expérimentation, à partir de dimensions relevées sur le dispositif : QESTION 2.1 : Donner un tableau complet de tous vos essais. On doit y trouver, pour chaque expérimentation : la configuration, les dimensions relevées, l angle /2 calculé, la tension relevée. QESTION 2.2 : Sur un même graphique, tracer la courbe de la tension théorique T = f(/2) et les points expérimentaux. QUESTION 2.3 : Faire un tableau comparatif entre les valeurs théoriques et expérimentales, et conclure en commentant les écarts. H. Luciani Y. Monnier ENSIBS1 TP de mécanique 5/9

6 Troisième manipulation : Utilisation de la poulie simple. Poulie simple Dynamomètre 2 facultatif Corde Dynamomètre 1 Elingue 50 CM Montage symétrique Anneau Poutre de 800 mm H. Luciani Y. Monnier ENSIBS1 TP de mécanique 6/9

7 Mesure des efforts : L extrémité libre de la corde est munie de l ensemble manille/dynamomètre/esse Il est ainsi possible de mesurer la charge de la corde (tension exercée par l opérateur F op ) QUESTION 3.1 : Relever ces valeurs en position statique, en montée et en descente et commentez vos résultats. Détermination du rendement de la poulie en montée Le travail ou énergie développée par un glisseur est égale si ce glisseur est dans l axe du déplacement de son point d application (ce qui est le cas dans notre TP ) à W = F x D W : travail ou énergie en (J) F : intensité du glisseur (en N) D : distance parcourue par le point d application du glisseur (en m) QUESTION 3.2 : Si l opérateur tire sur la corde sur une longueur d op que peut on dire de la montée de la charge d ch QUESTION 3.3 : W op étant le travail moteur développé par l opérateur, et W ch le travail résistant dû à la charge, déterminez l expression du rendement de cette poulie pendant la phase de montée de la charge et simplifier si besoin. QUESTION 3.4 : Faire l application numérique et commenter votre résultat d op W op W ch d ch Rendement de la poulie ou du palan? F op F ch H. Luciani Y. Monnier ENSIBS1 TP de mécanique 7/9

8 Quatrième manipulation : Utilisation du palan. La poulie simple du montage précédent est maintenant remplacée par le palan constitué de la poulie double et de la poulie triple. La poulie triple est en position supérieure. Palan multi brins Dynamomètre 1 Dynamomètre 2 (facultatif) Comme pour la manipulation précédente, mesurez la charge appliquée par l opérateur sur la corde. QUESTION 4.1 : Relever ces valeurs en position statique, en montée et en descente et commentez vos résultats. Détermination du rendement de la poulie en montée QUESTION 4.2 : Si l opérateur tire sur la corde sur une longueur d op que peut on dire de la montée de la charge d ch. et quel est le rapport entre ces deux valeurs. Conseil : Vous pouvez déterminer ce rapport de façon théorique ou expérimentale en faisant des marques sur la corde et mesurant les longueurs de corde défilant avant et après le palan QUESTION 4.3 : W op étant le travail moteur développé par l opérateur, et W ch le travail résistant du à la charge, déterminer l expression du rendement de ce palan pendant la phase de montée de la charge et simplifier si besoin. QUESTION 4.4 : Faire l application numérique, comparer par rapport à la poulie simple et commenter votre résultat. H. Luciani Y. Monnier ENSIBS1 TP de mécanique 8/9

9 Cinquième manipulation : Effet de la répartition des masses. Elingage non symétrique Nous allons nous placer dans le cas de l élingage d une charge non symétrique (centre de gravité décalé) composée de la superposition de petite poutre P1 montée et solidarisée sur la grande poutre P2. L ensemble constitue la poutre PG. Poutre P2 x AG =? Poutre P1 A G 2 G G 1 B QUESTION 5.1 : Déterminer la position (longitudinal uniquement) du nouveau centre de gravité de cet ensemble. Rappel : le centre de gravité de plusieurs solide = x AG = (M 1 x AG1 + M2 x AG2 +...) / (M1 + M2 + ) QUESTION 5.2 : Si on isole l ensemble charge plus élingues, comment va s équilibre le système si on conserve les deux mêmes élingues et comment va se positionner la charge. Quel est le danger encouru. Faire un schéma avec un centre de gravité exagérément décalé vers la droite. QUESTION 5.3 : Quelle relation doivent vérifier les longueurs des brins de l'élingage par rapport à la position du centre de gravité pour que la poutre soit horizontale pendant la levée? Nous ferons l hypothèse simplificatrice que A B et G sont alignés. Conseil : nous avons deux triangles rectangles dont un côté commun est la verticale. Pythagore fait le reste. QUESTION 5.4 : Faire une application numérique. MANIPULATION QUESTION 5.5 : Trouver et tester le montage avec les deux mêmes élingues puis observer et commenter ce qui se passe dès le début du levage. QUESTION 5.6 : Réaliser un montage non symétrique : un côté élingue de 400 mm et deux manilles, l autre côté, deux manilles et cordelette montée en palan. Faire au moins 2 à 3 aller-retour de cordelette entre les manilles. Vous pourrez alors régler facilement la longueur de cette «élingue». Régler la longueur de cordelette pour avoir une poutre PG horizontale. Relever la longueur des différents brins d élingage. Comparer avec les résultats de la question 5.3. H. Luciani Y. Monnier ENSIBS1 TP de mécanique 9/9