Système d ouverture de porte de TGV

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1 Le sujet se compose de : TD MP-PSI REVISION CINEMATIQUE Système d ouvetue de pote de TGV 6 pages dactylogaphiées ; 2 pages d annexe ; 2 pages de document éponse Objet de l étude Le tanspot feoviaie, concuencé pa la voitue su les coutes et moyennes distances et pa l avion su les longues distances, a dû touve des solutions adaptées pou continue à coîte Avec le développement du tain à gande vitesse, les caactéistiques du maché du tanspot feoviaie de voyageus se sont appochées de celles du tanspot aéien Oientation de l étude Les pefomances du TGV (vitesse, confot, poximité des gaes ont conduit à un esso impotant du tafic de voyageus Les opéateus feoviaies ont dû pa conséquent adapte le cahie des chages de leus équipements pou faie face à cette demande accue Le matéiel voyageu a ainsi subi une évolution et une modenisation sans pécédent depuis plusieus années Nous nous intéesseons dans le cade de ce tavail au système «pote» autoisant la communication ente l intéieu et l extéieu du tain Au cous de son cycle de vie, de sa conception à son ecyclage, les conditions de fonctionnement du système d ouvetue femetue évoluent, influençant notablement ses pefomances Une obsevation continue de cetains paamètes vitaux est indispensable au bon fonctionnement de ce système Cette suveillance pousuit un double objectif : A cout teme, celui de mainteni des pefomances compatibles avec celles définies pa le cahie des chages ; A plus long teme, celui de planifie des opéations de maintenance coective afin de pallie tout isque de défaillance On se popose dans cette étude de monte comment l obsevation au cous du cycle de vie de cetaines gandeus caactéistiques du système pemet d atteinde le pemie objectif

2 Le sujet s aticule selon tois axes ; apès avoi pésenté l objet de l étude puis analysé dans un pemie temps le fonctionnement nominal du système considéé, on abode ensuite l étude de plusieus fonctionnalités liées à sa phase couante d utilisation Pésentation du système La figue monte l inteface assuant, à pati des infomations délivées pa l unité centale de commande, la femetue hemétique et le veouillage de la pote L ode de femetue de la pote est donné soit pa appui su le bouton situé su la pote soit via un ode founi pa le conducteu depuis son pupite L infomation est taitée pa l unité centale qui pilote un moteu électique pemettant, dans un pemie temps, de feme la pote gâce à un mécanisme pignon-cémaillèe puis, dans un deuxième temps, losque la position de femetue est détectée, de veouille la pote La détection de la position femée enclenche également le gonflage des joints assuant l heméticité de la femetue L infomation de fin d opéation est tansmise au conducteu su son pupite Fig, inteface fonctionnelle du système pote Q A pati de la figue, compléte le diagamme FAST donné su le document éponse 2

3 Etude du mouvement de la pote en mode nominal L objectif de cette étude est de détemine les pefomances de la solution technique implantée su le TGV pou le mécanisme d ouvetue/femetue de la pote d accès et de valide leus confomités avec le cahie des chages fonctionnel donné en Annexe L achitectue et l implantation de la patie opéative étudiée est pécisée su la figue 2 On y distingue le mécanisme d ouvetue/femetue (objet de cette étude dont la fonction est d assue l accès au tain en escamotant latéalement le panneau de pote oue (6 oue (5 pote (4 Mécanisme d ouvetue bas ( Z stato moteu électique X Y caisse du tain ( mache-pied Fig 2, achitectue généale Afin de satisfaie les containtes d encombement, l ouvetue de la pote s effectue selon l enchaînement tempoel de tois phases distinctes décites à pati de la position 3

4 pote femée pou laquelle la face extéieue de la pote est alignée avec la face extéieue de la caisse ; une phase de décalage puis une phase de louvoiement et enfin une phase d escamotage La phase pimaie (décalage puis la phase teminale (escamotage sont définies pa les figues suivantes : Y X Fig 3a, phase de décalage la phase de décalage (cf figue 3a ; ce pemie mouvement pemet de décale angulaiement la pote (4 de la caisse du wagon Fig 3b, phase d escamotage la phase d escamotage (cf figue 3b ; la pote (4 coulisse le long de la caisse du wagon, dégageant ainsi complètement l accès au tain Q2 a- Décie en quelques lignes la phase intemédiaie de louvoiement en pécisant la natue du mouvement de la pote (4 pa appot à la caisse ( ; b- En le epenant su vote feuille, compléte le tableau ci-dessous ecensant les degés de mobilité (nombe et natue de la pote (4 pa appot à la caisse du TGV ( los des difféentes phases Décalage Louvoiement Escamotage Nombe Natue Le mécanisme d ouvetue de la pote est mis en mouvement gâce à l action d un unique moteu électique (cf figue 2 et figue 4 Le oto de cet actionneu est solidaie de la oue (6 alos que son stato est fixé su le bas ( Pa commodité, on adopte θ & ( t = θ& m(t La oue motice (6 est pa constuction en liaison pivot d axe ( B,Z pa appot au bas ( La oue (6 entaîne en otation la oue (5 povoquant alos le mouvement de la pote (4 Un système aticulé dit de stabilisation se composant des biellettes (2 et (3, complète le mécanisme La biellette (2 est en liaison pivot d axe B,Z pa appot au bas ( ( On éduit le poblème à une ésolution plane et on suppose que la oue (5 oule sans glisse su la pote (4 et que de la même façon, la oue (5 oule sans glisse su la oue (6 On pose EI(t = λ(ty4 4

5 Y Y 4 Y X 4 θ (t Y 3 Y X θ (t Y X X 3 X θ 3 (t X Fig 4, schéma cinématique plan phase décalage en cous Q3 a- Comment vaie la longueu EI au cous de la phase de décalage? b- Dans quel sens (hoaie ou tigonométique doit toune la oue (6 pa appot au bas ( afin de povoque le décalage angulaie de la pote (4 pa appot à la caisse (? Hypothèses : les liaisons pivot sont modélisées comme étant pafaites ; R = O,X,Y, lié au suppot ( est considéé comme galiléen, l axe le epèe ( ( O,Z Z étant vetical ascendant ; le epèe R ( O,X,Y, Z oues (5 et 6 est animé d un mouvement de otation autou de l axe (,Z pose : θ (t = ( X, X ; le epèe R2 ( C,X2,Y2, Z θ 2(t = ( X, X2 ; le epèe R3 ( D,X3,Y3, Z mouvement de otation autou de l axe ( D,Z On pose θ 3(t = ( X, X3 ; le epèe R = ( E,X,Y, est lié à la pote (4 On pose θ (t = ( X, = est lié au bas ( Ce denie (qui suppote les deux On = est lié à la biellette de éaction (2 On pose : = est lié à la biellette (3 Cette denièe est animée d un Z θ (t = = + 9 femée : Caactéistiques géométiques et cinétiques: L =, H = 6 mm ; LX + HY L = 544, H = 65,8 mm ; L 3 Y L 3 = 88 ; L 2 X L 2 = 62,6 Bâti ( : DO = LX + HY avec 9 mm OE = avec mm Biellette (3 : DC = 3 avec mm Biellette (2 : CB = 2 avec mm X4 Pote 5

6 Bas suppot ( Pote (4 OA L Y =, L = 49 mm ; Lageu L 4 = 85 mm ; Epaisseu moyenne mm ; AB = ( R + R X ; 5 6 Roue (5 Rayon 29 mm Masse : m 5 ; R 5 = ; Roue (6 + oto moteu à couant continu Rayon R 6 = 37 mm ; Masse : m 6 ; Les coubes et 2 (cf Annexe 2 pésentent les évolutions obtenues pa simulation numéique de la position angulaie de la pote θ, de la position angulaie du bas & θ suppot ( θ et du appot en fonction de l angle de otation du moteu θ & θ On suppose qu à l instant initial t =, on se touve dans la configuation pote femée pou laquelle on considèe que θ = θ 5 = Q4 a- Su le document-éponse founi, défini géométiquement la position des points (B, C, I, J dans la configuation pote femée (t= Faie appaaîte la oue (6 et les solides (3, (2 et ( Indique la longueu λ = λ( t = i b- En utilisant la coube et les valeus initiales de θ ( = = θ et de i ( t θ θ = = ; t c- Tace le gaphe de liaison du mécanisme complet et tace les figues angulaies planes ; d- En utilisant une femetue géométique, détemine alos l expession de λ en fonction de L, L, λ e- En déduie l expession de ( θ et θ = λ t = Faie l application numéique Q5 a- Ecie les toseus cinématiques des liaisons 4/, 5/, / et 5/4 Ω en fonction de & θ 5, & θ, & θ b- En écivant la condition de oulement sans glissement en I, détemine une elation ente & λ, R 5 et & θ 54 & θ5 c- Détemine le appot de éduction & θ Expime le vecteu otation ( 5/ 4 d- A l aide de la question Q4a, monte que λ ( t = a θ ( t + λ, a R Détemine l expession de la constante a 6

7 Q6 a- A l aide de la coube, détemine la féquence de otation & θ supposée constante du moteu (en tmn - si la duée de la phase de décalage est limitée à,3 s ; b- Détemine alos en utilisant la coube 2, la plage de vaiation de la féquence de otation de la pote (4 pa appot à la caisse ( & θ en ds - ; c- En se plaçant dans la position coespondante, détemine la nome maximale (en ms - de la vitesse en bout de pote (4 pa appot à la caisse ( Valide le citèe du cahie des chages fonctionnel coespondant Afin de satisfaie des containtes de stabilité, il est nécessaie de limite la féquence de otation θ & 3 de la biellette (3 los du tout début de la phase de décalage On fait l hypothèse simplificatice que la féquence de otation, imposée pa le choix du moteu est égale à θ & = 5 t mn (sens hoaie Pou les questions suivantes, on utilisea le document-éponse founi On appotea une attention paticulièe à la qualité des tacés et au espect de l échelle donnée L utilisation de la couleu est fotement conseillée Pou la question suivante, on pécisea les diections des difféentes vitesses et/ou la position des centes instantanés de otation On espectea l échelle des vitesses donnée su le document éponse Les justifications des tacés seont epotées diectement su le document-éponse Q7 a- Su le document-éponse founi, constuie gaphiquement la vitesse du point I appatenant à la pote (4 pa appot à (, soit VI 4 / à pati de la vitesse VJ 6 / Justifie vos hypothèses ; b- Constuie alos les vitesses VI 4 / et VI / ; c- Apès avoi constuit la vitesse VB /, détemine VC 3 / En déduie la valeu de θ & 3 en ds - Valide le citèe du cahie des chages fonctionnel coespondant 7