LES PERFORMANCES CINEMATIQUES DES SYSTEMES

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1 TRAVAUX PRATIQUES CI3: MODELISER, PREVOIR ET VERIFIER LES PERFORMANCES CINEMATIQUES DES SYSTEMES POMPE DOSHYDRO LES OBJECTIFS DE CE TP SONT DE: prévoir les performances cinématiques du système réel à partir de modélisations (loi E/S théorique, loi E/S simulée numériquement), mettre en œuvre un logiciel d analyse mécanique pour simuler le comportement cinématique d un système mesurer les performances cinématiques des systèmes à partir d essais expérimentaux quantifier et analyser les écarts entre performances simulées et réelles 1

2 J'ai envie J'ai besoin Système souhaité Service attendu Système réel en utilisation Service réalisé Écart 2 Écart 1 Écart 3 Système simulé Service simulé DEROULEMENT DE LA SEANCE DE TP Dans le cas où deux binômes travaillent simultanément sur ce système, il vous est demandé de vous organiser afin de réaliser vos mesures expérimentales en alternance La première partie et notamment la détermination de la relation E/S théorique doit IMPERATIVEMENT être traitée avant la séance de TP. Elle ne constitue pas l objet de la séance de TP La dernière partie constitue la synthèse de votre travail. Elle est essentielle et ne doit être négligée. Aussi, assurez vous de lui consacrer le temps nécessaire Pour indication, voici la durée recommandée pour chaque partie Durée Séquence 1 : 45 min Partie 2 : Simulation 2 : 45 min Partie 3 : Détermination expérimentale 3 : 60 min Partie 4 : Synthèse 2

3 MISE EN SITUATION PRESENTATION Le banc d essai DOSHYDRO, développé par la société HYDRO-TECHNIC met en situation une pompe doseuse comme celles que l on peut rencontrer dans des secteurs comme le traitement des eaux, l industrie agroalimentaire, l industrie pharmaceutique, etc. Une telle pompe est utilisée chaque fois qu un dosage précis et continu est nécessaire. Elle présente également l avantage de découpler totalement le fluide transvasé du mécanisme de transmission de puissance, par un système à membrane. Ce qui est particulièrement intéressant pour les fluides sensibles que l on rencontre dans les secteurs cités ci-dessus. La pompe installée est une pompe DOSAPRO MILTON ROY de type F200. Elle est entraînée par un moteur électrique LEROY -SOMER 220 V asynchrone de 370 W, de type LS71 P à 4 pôles, tournant à vide à 1500 tr/min sous une alimentation monophasée de 50 Hz. 1 : pompe F200 2 : réservoir : éprouvette 4 : vanne d isolement 5 : ballon amortisseur 6 : manomètre 7 : soupape de retenue réglable 8 : capteur de déplacement 9 : capteur de pression 10 : vernier de réglage RECOMMANDATIONS : La vanne de vidange (celle de droite) doit toujours rester fermée : ne jamais la manipuler! La soupape 7 est utilisée ici pour simuler une résistance du circuit de refoulement. Elle est réglée pour que tout se passe bien. Vous n avez pas à y toucher lors de ce TP. Vérifier néanmoins que la pression ne dépasse pas 3 bars. 3

4 ANALYSE FONCTIONNELLE Fluide à doser DIAGRAMME DES INTERACTEURS Fluide dosé FP1 Utilisateur FC4 FC1 Système DOSHYDRO FC3 FC2 Energie électrique Récepteur FP1 : Doser du fluide FC1 : Permettre le réglage du débit par l utilisateur FC2 : S adapter à la pression imposée par le récepteur FC3 : être alimenté en énergie électrique FC4 : Résister au fluide à doser ACTIGRAMMES SADT A-0 ET A0 4

5 DIAGRAMME FAST PARTIEL Doser un fluide Résister à la nature chimique du fluide Doseur à membrane Pomper et refouler une quantité de fluide Alimenter le moteur électrique Relais d alimentation Convertir l énergie électrique en énergie mécanique de rotation Moteur Asynchrone Adapter le mouvement de rotation Système roue vis sans fin Transformer la rotation en translation alternative Excentrique + noix et crosse Pomper et refouler du fluide Doseur à membrane Régler le débit du dosage Limiter la course de la crosse Butée + coulisseau Régler la course du coulisseau Came en cœur + vernier Fonction Critères Niveau Doser un fluide Cylindrée réglable (dose) 0 à 25 cm 3 Débit réglable Pression de refoulement 0 à 240 l/h 2 à 8 bars 5

6 1. LOI ENTREE SORTIE THEORIQUE (TRAVAIL PREPARATOIRE IMPERATIF) Les objectifs de cette partie sont les suivants : Analyser le mécanisme étudié et mettre en place un modèle adapté à l étude cinématique, Déterminer la (les) loi(s) entrée sortie théoriques du mécanisme La chaîne cinématique de la pompe doseuse comporte trois mécanismes distincts : Un réducteur roue et vis sans fin de rapport 1/10 Un mécanisme de transformation de mouvement de rotation continue en translation rectiligne alternative. Un dispositif de réglage de la cylindrée Dans cette première partie, on ne s intéressera qu au mécanisme de transformation de mouvement, sans se préoccuper du dispositif de réglage de la cylindrée. MODELISATION CINEMATIQUE DU MECANISME Afin d étudier le comportement cinématique du système, on propose le schéma cinématique minimal plan suivant : y Noix 37 y 1 Excentrique 52 Ensemble Crosse + Coulisseau A θ Bâti r O x( t) r A x Q1. Distinguer les paramètres variables (dépendants du temps) et constants du système définis sur la figure paramétrée ci dessus. Q2. Justifier la représentation plane du mécanisme pour l étude du système. Donnez le graphe des liaisons 2D de ce mécanisme. Justifier les modèles de liaisons choisis (observez le mécanisme réel ainsi que la maquette numérique). Q3. Donner les plages de variation en fonctionnement de x et θ. 6

7 DETERMINATION DE LA RELATION ENTREE/SORTIE On note OA = R = 7,5 mm. On appelle x(t) le déplacement du coulisseau. Q4. Montrer que : x( ) R(1 cos ) θ = θ si on choisit : x( t) 0 et x( t) = 0 si θ = 0 (inverser le sens de x ) Q5. Quelle est la course du piston par rapport au bâti? On note ω (144 tr/min) la vitesse de rotation de la roue excentrique / bâti. Q6. Quelle est alors l expression de la vitesse du piston v ( θ) par rapport au bâti? Q7. Tracer l allure de l évolution de x( θ ) et v( θ ) en fonction du temps, pour deux ou trois allers et retours. TRACE DE LA LOI E/S AVEC EXCEL Avec Excel, tracer les relation x = f ( θ ) et v = f ( θ ) sur la plage d évolution du mécanisme PRISE EN COMPTE DU DISPOSITIF DE REGLAGE DE LA COURSE DU PISTON On donne le schéma cinématique du mécanisme complet, intégrant le dispositif de réglage de la course du piston, dont on souhaite tenir compte dans la suite de l étude. Réglage Came 023 Z Goupille 018 (*) Noix 037 Y Crosse 012 X Coulisseau 010 Excentrique 052A Arbre Q8. En déduire alors les nouvelles courbes lorsqu il y a contact entre la goupille 018 et la came 023. Le débit moyen de la pompe est le volume débité par la pompe pendant un temps donné. On décide de noter S la section utile de la membrane du doseur monté sur la pompe. On appelle aussi cylindrée de la pompe le volume débité par la pompe pendant un tour complet de la roue excentrique 052A. Q9. Quelle est l expression de la cylindrée V p de la pompe (préciser les unités)? Q10. Quelle est l expression du débit moyen Q m de la pompe (préciser les unités)? Le débit instantané de la pompe est le produit de la vitesse du coulisseau par la section du coulisseau. Q11. Quelle est l expression du débit instantané q( θ ) de la pompe (préciser les unités)? Q12. Tracer l évolution de q( θ) et indiquer alors comment on peut déterminer Q m sur cette courbe. 7

8 2. LOIS ENTREE-SORTIE SIMULEES DE LA POMPE L objectif de cette partie est le suivant : Mettre en œuvre un logiciel d analyse mécanique pour déterminer les relations E/S géométrique et cinématique simulées du mécanisme étudié SIMULATION NUMERIQUE DU COMPORTEMENT CINEMATIQUE Lancer Solidworks et activer le module de simulation Motionworks (Outils/Compléments) Ouvrir la maquette numérique du système sous Solidworks Assurez vous de la correspondance des différentes grandeurs dimensionnelles avec celles du système réél A l aide de Motionworks simuler le comportement cinématique du mécanisme Visualiser les résultats dans le grapheur de sortie puis exporter les grandeurs souhaitées sous x f θ et de sa grandeur dérivée v = x) Excel (on s intéresse à l évolution de = ( ) Tracer les évolutions de x = f ( θ ) et de sa grandeur dérivée v = x 3. LOI GEOMETRIQUE ENTREE-SORTIE EXPERIMENTALE DU MECANISME L objectif de cette partie est le suivant : Déterminer expérimentalement les relations entrée sortie du mécanisme La chaîne de mesure utilisée pour connaître la position du piston 010 de la pompe et la pression de refoulement comporte : un capteur potentiométrique alimenté par une alimentation stabilisée placée dans le coffret de commande de la pompe doseuse. Ce capteur délivre une tension variant de 0 à 5 volts qui représente la position de la tige mobile, liée au piston 010, par rapport au corps du capteur. La sensibilité du capteur est égale à 0,2 V/mm. un capteur de pression qui indique la pression dans le circuit de refoulement (entre le clapet de sortie et la soupape de retenue). Sa sensibilité est égale à 0,5 V/bar. la carte d acquisition Digimétrie pilotée par un logiciel qui traduit sous forme graphique les tensions envoyées par les capteurs. MANIPULATION : ETUDE EXPERIMENTALE DE LA LOI ENTREE SORTIE GEOMETRIQUE En consultant le Document Ressources intitulé «Mesures avec la carte Digimétrie», acquérir les courbes de déplacement du piston 010. Si possible, renouveler la procédure afin de disposer de plusieurs relevés de mesure Sous Excel, tracer la relation expérimentale x = f ( θ ), du mécanisme. x(t i+ 1) x(t i) En utilisant l approximation numérique v(t = t i) = x(t = t i), tracer l évolution de la t t vitesse v i+ 1 i 8

9 4. SYNTHESE DE L ETUDE Sur un même graphique, représenter les différentes lois obtenues précédemment. Au besoin on recalera les origines afin de pouvoir comparer les courbes. A l aide d Excel, calculer en chaque point les différents écarts, en absolu et en relatif. Tracer les courbes d évolution associées Q13. Commentez vos résultats. Proposez une interprétation des éventuels écarts. Q14. Les écarts constatés sont-ils significatifs? Peut-on valider les modèles (théoriques/numériques) adoptés pour l étude 9

10 Doc. Annexe 1a Identification des composants 10

11 Doc. Annexe 1b Identification des composants Crosse 3C 11

12 Doc. Annexe 2 Dessin d ensemble 12