Université du Québec à Chicoutimi MODULE D INGÉNIERIE GÉNIE MÉCANIQUE 6GIN555-PROJET DE SYNTHÈSE Rapport final # Projet : 2011-273 Élévateur pour un BRP Spyder Préparé par Gauthier Alexandre Perron Sébastien Pour Gauthier Colombyn 06/04/2012 CONSEILLER : COORDONNATEUR : Gille Bouchard, ing Jacques Paradis, ing
Table des matières TABLE DES MATIÈRES... 2 TABLEAU DES FIGURES... 4 1.0. INTRODUCTION... 6 1.1. PROBLÉMATIQUE... 6 1.2. OBJECTIFS DU PROJET... 6 2.0. PRÉPARATION... 7 2.1. ÉTUDE DE MARCHÉ... 7 2.1.1 Le «Rampage Powerlift» modifié... 7 2.1.2. Le «Power Lift 6000»... 8 2.1.3. Boîte de camionnette basculante... 8 2.1.4. Plate-forme basculante... 9 2.1.5. Méthode artisanale... 9 2.2. MÉTHODOLOGIE UTILISÉE... 10 2.2.1. Analyse des besoins... 10 2.2.2. Recherche de solutions... 10 2.2.3. Modélisation... 10 2.2.4. Prototypage et validation... 10 3.0. ÉLÉMENTS DE CONCEPTION... 11 3.1. MODÉLISATION DES CONTRAINTES SPATIALES... 11 3.2. ÉBAUCHE DES SOLUTIONS POSSIBLES... 11 3.3. CHOIX DE LA SOLUTION... 11 3.4. MODÈLE INFORMATIQUE... 11 3.5. DIMENSIONNEMENT... 11 3.6. OPTIMISATION DES MATÉRIAUX... 11 3.7. MISE EN PLAN... 11 3.8. FABRICATION DU PROTOTYPE ET TEST... 11 4.0. ÉTAT D AVANCEMENT DU PROJET... 12 4.1. MODÉLISATION DES CONTRAINTES SPATIALES... 12 4.2. ÉBAUCHE DES SOLUTIONS POSSIBLES... 12 4.2.1. Plate-forme avec rails... 12 4.2.2. Rampes... 12 4.2.3. Bras articulé... 12 4.3. CHOIX DE LA SOLUTION... 12 4.4. MODÈLE INFORMATIQUE... 13 4.4.1. Plate-forme avec rails... 13 4.4.2. Plate-forme articulée... 14 4.4.3. Modèle du rapport d étape 2... 17 4.4.4. Modèle du rapport d étape 3... 18 4.4.5. Modèle final... 21 4.5. FACTEUR DE SÉCURITÉ... 23 4.6. DIMENSIONNEMENT... 25 4.6.1. Centre de masse du Spyder... 25 4.6.2. Montée du Spyder... 28 4.6.3. Descente du Spyder... 32 4.6.4. Sélection des treuils... 38 4.7. OPTIMISATION DES MATÉRIAUX... 39 2
4.7.1. Choix des matériaux... 39 4.7.2. Les analyses... 39 4.7.3. Poids du système... 52 4.8. CONTRÔLE DU SYSTÈME MÉCANIQUE... 53 5.0. ÉCHÉANCIER... 56 6.0. RÉFÉRENCES... 57 7.0. CONCLUSION... 58 8.0. ANNEXES... 59 8.1. ANNEXE A-FICHE TECHNIQUE... 59 8.2. ANNEXE B-DOCUMENTS DE FABRICATION.... 61 3
Tableau des figures FIGURE 1-LE "RAMPAGE POWERLIFT" MODIFIÉ... 7 FIGURE 2-LE "POWER LIFT 6000"... 8 FIGURE 3-BOÎTE DE CAMIONNETTE BASCULANTE... 8 FIGURE 4-PLATE-FORME BASCULANTE... 9 FIGURE 5-MÉTHODE ARTISANALE... 5 FIGURE 6- POSITION INITIALE... 12 FIGURE 7- POSITION INTERMÉDIAIRE... 12 FIGURE 8- POSITION FINALE... 12 FIGURE 9- TABLEAU DE PONDÉRATION 1... 13 FIGURE 10-PLATE-FORME AVEC RAIL... 13 FIGURE 11-TABLEAU DE PONDÉRATION 2... 14 FIGURE 12-POSITION DE DÉPART... 14 FIGURE 13-POSITION SUR LA PLATE-FORME... 14 FIGURE 14-POSITION INTERMÉDIAIRE DE LA PLATE-FORME... 15 FIGURE 15-PLATE-FORME SUR LE SUPPORT MÉTALLIQUE... 15 FIGURE 16-POSITION FINALE DU SPYDER... 15 FIGURE 17-VUE ISOMÉTRIQUE DE LA POSITION INITIALE... 16 FIGURE 18-VUE ISOMÉTRIQUE DE LA POSITION FINALE... 16 FIGURE 19-TABLEAU DE PONDÉRATION 3... 17 FIGURE 20-MODÈLE INFORMATION DU RAPPORT D'ÉTAPE 2... 18 FIGURE 21-MODÈLE INFORMATION DU RAPPORT D'ÉTAPE 3... 18 FIGURE 22-EXTRÉMITÉ INFÉRIEURE DE LA PLATE-FORME... 19 FIGURE 23-EXTRÉMITÉ SUPÉRIEURE DE LA PLATE-FORME... 19 FIGURE 24-ROUE GUIDE DU CHÂSSIS... 20 FIGURE 25-VUE D'ASSEMBLAGE DES GUIDES DE PLATE-FORME... 20 FIGURE 26- POSITION INITIALE DU MODÈLE FINAL... 21 FIGURE 27- POSITION INTERMÉDIAIRE DU MODÈLE FINAL... 22 FIGURE 28- POSITION FINAL DU MODÈLE FINAL... 22 FIGURE 29- RÉSULTATS DE L EXPÉRIMENTATION... 25 FIGURE 30- POSITION DU CENTRE DE MASSE... 27 FIGURE 31- DCL DE LA MONTÉE DU SPYDER SUR LA PLATE-FORME... 28 FIGURE 32- DCL DE LA MONTÉE DE LA PLATE-FORME... 29 FIGURE 33- TABLEAU DE F TREUIL AVEC APPUIS EN A... 31 FIGURE 34- TABLEAU DE F TREUIL SANS APPUIS EN A... 31 FIGURE 35- TABLEAU D'ANALYSE DE LA DESCENTE DU SPYDER... 33 FIGURE 36- DCL DE LA DESCENTE DU SPYDER... 34 FIGURE 37- DCL DE LA DESCENTE DU SPYDER AVEC LES BANDES SUPPLÉMENTAIRES... 34 FIGURE 38- DCL DE LA POSITION FINAL DE LA PLATE-FORME... 37 FIGURE 39- TABLEAU DES CAPACITÉS DU TREUIL... 39 FIGURE 40- MAILLAGE VOLUMIQUE DE L ASSEMBLAGE 1... 40 FIGURE 41- CONTRAINTES DE L ASSEMBLAGE 1 LORS DE LA PHASE1... 40 FIGURE 42- DÉPLACEMENT MAXIMUM DE L ASSEMBLAGE 1 LORS DE LA PHASE 1... 41 FIGURE 43- DÉFORMATION MAXIMUM DE L ASSEMBLAGE 1 LORS DE LA PHASE 1... 41 FIGURE 44- COEFFICIENT DE SÉCURITÉ DE L ASSEMBLAGE 1 LORS DE LA PHASE 1... 42 FIGURE 45- CONTRAINTES DE L ASSEMBLAGE 1 LORS DE LA PHASE 2... 42 FIGURE 46- CONTRAINTES DE VON MISES MAXIMUM DE L ASSEMBLAGE 1 LORS DE LA PHASE 2... 43 FIGURE 47- CONTRAINTES DE VON MISES DANS LES PLAQUES DE L ASSEMBLAGE 1 LORS DE LA PHASE 2... 43 FIGURE 48- COEFFICIENT DE SÉCURITÉ DE L ASSEMBLAGE 1 LORS DE LA PHASE 2... 44 FIGURE 49- COEFFICIENT DE SECURITÉ DE L ASSEMBLAGE 1 LORS DE LA PHASE 2... 44 FIGURE 50- DÉFORMATIONS DE L ASSEMBLAGE 1 LORS DE LA PHASE 2... 45 FIGURE 51- DÉFORMATIONS MAXIMALES DE L ASSEMBLAGE 1 LORS DE LA PHASE 2... 51 4
FIGURE 52- DÉPLACEMENTS DE L ASSEMBLAGE 1 LORS DE LA PHASE 2... 46 FIGURE 53- CONTRAINTES DE LA BASE LORS DE LA PHASE 2... 47 FIGURE 54- PRÉCISION SUR LES CONTRAINTES DE L ANALYSE DE LA BASE LORS DE LA PHASE 2... 47 FIGURE 55- EFFORT DE LA BASE DU TREUIL LORS DE LA PHASE 2... 48 FIGURE 56- DÉPLACEMENT DE LA BASE LORS DE LA PHASE 2... 48 FIGURE 57- PRÉCISION SUR LES DÉPLACEMENTS DE L ANALYSE DE LA BASE LORS DE LA PHASE 2... 49 FIGURE 58- FACTEUR DE SÉCURITÉ DE LA BASE LORS DE LA PHASE 2... 49 FIGURE 59- PRÉCISION SUR LE FACTEUR DE SÉCURITÉ DE LA BASE LORS DE LA PHASE 2... 50 FIGURE 60- CONTRAINTES DU CONCEPT 2 DE LA BASE LORS DE LA PHASE 2... 50 FIGURE 61- DÉPLACEMENT DE LA BASE DU CONCEPT 2 LORS DE LA PHASE 2... 51 FIGURE 62- FACTEUR DE SÉCURITÉ DE LA BASE DU CONCEPT 2 LORS DE LA PHASE 2... 51 FIGURE 63- PRÉCISION DES FACTEURS DE SÉCURITÉ DE LA BASE DU CONCEPT 2 LORS DE LA PHASE 2... 52 FIGURE 64- COMPOSANTES DU SYSTÈME DE CONTRÔLE... 53 FIGURE 65- TABLEAU DES COMPOSANTES... 54 FIGURE 66- SCHÉMA EN LADER DU SYSTÈME DE CONTRÔLE... 54 FIGURE 67- SCHÉMA DE BRANCHEMENT DES TREUILS... 55 FIGURE 68- ÉCHÉANCIER... 56 FIGURE 69- BANDES ÉLASTIQUES... 59 FIGURE 70- PROPRIÉTÉS DE L'ACIER 50W... 59 FIGURE 71- PROPRIÉTÉS DE L'ALUMINIUM 6061-T6... 60 FIGURE 72- ESTIMATION DES COÛTS... 61 5
1.0. Introduction 1.1. Problématique Au Québec, on ne peut pas utiliser un véhicule comme une motocyclette pendant la saison hivernale. En effet, l hiver québécois rend ce sport impraticable. Le promoteur désir donc pouvoir maximiser l utilisation de son véhicule récréatif. Il voudrait pouvoir transporter son BRP Spyder à l'aide de sa camionnette Ford F-150 lorsqu il quitte l hiver du Québec vers le Sud. 1.2. Objectifs du projet L objectif principal du projet est de faire la conception d un dispositif pour faire grimper un Spyder à l intérieur de la camionnette du promoteur. Cet appareil de levage devra également respecter les critères du promoteur. Ceux-ci sont : -Le Ford F-150 devra pouvoir contenir le BRP Spyder -La manipulation devra se faire facilement par une personne. -L'appareil devra être esthétique et fiable. -L' énergie disponible devra être celle que la camionnette peut produire. -L installation du dispositif ne devra pas altérer le véhicule de façon permanente et excessive. 6
2.0. Préparation 2.1. Étude de Marché Une étude de marché est nécessaire pour valider la pertinence du projet. Cette étude présente les différents produits existants qui auraient une relation avec le projet. Il sera possible de s en inspirer pour les améliorer et les adapter aux critères du promoteur. 2.1.1 Le «Rampage Powerlift» modifié Ce dispositif est une modification d un système existant. Le système d origine est disponible sur le site www.rampagelift.com. Des appuis ont été rajoutés pour que les roues avant du Spyder puissent reposer sur la plate-forme du dispositif. Le système de levage d origine représenté par la figure 1 coute 2 795 $ en plus des modifications qui sont à faire pour pouvoir accepter les roues avant du Spyder. Une vidéo sur le site internet démontre très bien comment ce système fonctionne. Tout d abord, la roue arrière du véhicule est attachée dans un support qui coulisse sur la plateforme tenu en place grâce à une goupille. Le treuil situé dans le fond de la boîte remonte ensuite le support coulissant. La goupille retenant la plate-forme en place est retirée une fois que le support est en fin de course. Enfin, la plate-forme peut être tirée à l intérieur de la boîte de la camionnette. Il existe quatre raisons pourquoi ce système ne sera pas retenu pour résoudre la problématique énumérée plus tôt. Premièrement, il faudrait acheter un dispositif existant et le modifier par la suite. Il est plus judicieux de faire un système au complet qui sera bien adapté à lever un BRP Spyder. Deuxièmement, la stabilité latérale du Spyder est vulnérable lorsque la plate-forme bascule afin de grimper dans la boîte de la camionnette. Un quelconque objet qui entrerait en collision avec le Spyder dans cette position pourrait le déstabiliser latéralement. La stabilité latérale de la plate-forme est simplement assurée par deux petites plaques situées aux points de pivots. Troisièmement, le Spyder devrait être positionné vers l avant du véhicule pour diminuer son effet néfaste sur la stabilité et l aérodynamisme de la camionnette. Il serait aussi plus esthétique de le placer de cette façon. Enfin, il est nécessaire avec se système de tirer manuellement le Spyder pour le faire redescendre de la camionnette. Figure 1-Le "Rampage Powerlift" modifié 7
2.1.2. Le «Power Lift 6000» Cet appareil illustré par la figure 2 est l une des solutions présentées dans ce rapport les plus coûteuses. Il est disponible sur le site internet www.pl6000.com. Un bras actionné par un vérin hydraulique amène sur le châssis de la camionnette la plate-forme située au sol. Cette plate-forme peut accueillir un chargement de 6000 lbs. Ce système ne sera pas sélectionné pour plusieurs raisons. Il est beaucoup trop robuste donc trop d investissement pour rien. Trop de modifications seraient également nécessaire sur la camionnette. Enfin, se système ne rend pas la camionnette esthétique et il est difficile d enlever se système de la camionnette. Figure 2-Le "Power Lift 6000" 2.1.3. Boîte de camionnette basculante Il est possible de trouver plusieurs exemples de ce système sur internet. La plupart des personnes l utilisent comme sur la figure 3 pour décharger facilement du matériel comme de la terre. C est une modification unique à chaque véhicule dont le coût est sensiblement élevé. Cette option pourrait être retenue mais trop de modification sur la camionnette sont nécessaire et le tout ne peut pas être retiré facilement. Figure 3-Boîte de camionnette basculante 8
2.1.4. Plate-forme basculante Cette plate-forme illustrée par la figure 4 est disponible sur le site www.liftallandtoyrack.com. Au départ, la plate-forme est couchée au sol et permet aux véhicules récréatifs d y embarquer aisément. Ensuite, la plate-forme est hissée à l intérieur de la camionnette. Plusieurs raisons existent pour ne pas choisir cette solution. Elle a une trop grande capacité de charge. Un modèle plus petit et moins cher serait capable de hisser un BRP Spyder. Le dispositif est difficilement démontable. Le dispositif est très voyant une fois en opération. Ce dispositif ne pourra pas être utilisé intégralement. Figure 4-Plate-forme basculante 2.1.5. Méthode artisanale La figure 5 représente tout ce que le promoteur ne désire pas pour élever son BRP Spyder à l intérieur de sa camionnette. Ceci n est vraiment pas sécuritaire. Un seul homme ne peut pas hisser un Spyder à l intérieur d une camionnette. Cette méthode n est vraiment pas esthétique et ergonomique. Figure 5-Méthode artisanale 9
2.2. Méthodologie utilisée 2.2.1. Analyse des besoins Le système doit répondre aux différents besoins et exigences du promoteur. Il sera important de relier ces besoins de nature ergonomiques aux contraintes physiques (géométrie, espace, poids, etc.) par une conception adéquate. Les besoins du promoteur sont bien spécifiques et les contraintes physiques ne permettent pas une grande liberté. La conception de ce système devra donc être bien élaborée. Les besoins du promoteur sont les suivant : -Le Ford F-150 devra pouvoir contenir le BRP Spyder. -La manipulation devra se faire facilement par une personne. -L'appareil devra être esthétique et fiable. -L' énergie disponible devra être celle que la camionnette peu produire. -L installation du dispositif ne devra pas altérer le véhicule de façon permanente et excessive. 2.2.2. Recherche de solutions La recherche de plusieurs solutions est nécessaire pour en faire ressortir les points forts et faibles pour ensuite mettre sur pied une solution optimale. Cette étape servira à observer différents systèmes mécaniques et de les analyser afin de trouver le bon concept. 2.2.3. Modélisation C est une étape majeure où la conception du mécanisme sera optimisée. À l aide de la conception assistée par ordinateur, il sera possible d obtenir un modèle où la géométrie, le poids et la résistance des différentes pièces seront optimales. L étude par éléments finis sera utilisée pour cette étape. À partir de ce modèle, des dessins d ensemble et de détail seront produit pour le prototypage. 2.2.4. Prototypage et validation Il sera envisageable de fabriquer un prototype complet ou partiel des différentes composantes du mécanisme. La validation à l aide d un essai pourrait être faite une fois ce prototype fabriqué. Cette étape est l une des dernières avant de pouvoir passer à la commercialisation du système de levage pour BRP Spyder. Cette étape devra faire l objet d un autre projet puisque la conception du prototype à été privilégiée à sa fabrication. 10
3.0. Éléments de conception 3.1. Modélisation des contraintes spatiales À cette étape, il est important de déterminer tous les encombrements et les limites physiques. Les dimensions de la boîte de la camionnette, du Spyder, la trajectoire de levage possible et les points d encrages du système sur la camionnette devront êtres relevés et analysés. 3.2. Ébauche des solutions possibles Grâce à la tâche précédente, plusieurs ébauches de solutions pourront être déterminées. Il sera possible de représenter la position du Spyder au sol et celle à l intérieur de la camionnette. Mettre sur pied plusieurs solutions sera important pour les analyser et en faire ressortir la meilleure d entre elles. 3.3. Choix de la solution La meilleure solution de celles proposées à l étape précédente sera choisie. Le respect des contraintes physiques et des exigences du promoteur devront être revérifiées. Il sera possible de passer à l étape suivante sans douter de la pertinence de la solution choisie. Ces solutions seront évaluées à l aide d une grille avec différents critères de conception et leur pondération associée. 3.4. Modèle informatique Le modèle informatique devra bien représenter la réalité. Celui-ci permettra de pouvoir éliminer les conflits qui étaient imperceptibles jusqu à maintenant. De plus, il sera encore possible de revérifier le respect des contraintes physiques et des exigences du promoteur. 3.5. Dimensionnement C est à cette étape que le dimensionnement des différents mécanismes sera présenté. Par exemple, la grosseur d un cylindre pourrait être choisie. Il sera possible de retoucher le modèle informatique qui à été précédemment modélisé. 3.6. Optimisation des matériaux L analyse par éléments finis servira à optimiser les dimensions des différentes composantes du système. Il sera aussi possible de comparer différents matériaux comme l acier ou l aluminium. La résistance des différents matériaux devra aussi respecter un facteur de sécurité bien défini. Un modèle allégé et suffisamment résistant sera le résultat de cette étape. 3.7. Mise en plan Cette étape sert à produire les différents dessins de définition et d assemblage. Ceux-ci permettront de pouvoir fabriquer efficacement un futur prototype. 3.8. Fabrication du prototype et test La fabrication du prototype servira à valider le modèle informatique. Le prototype devra respecter la mise en plan qui à été élaborée. Il est encore possible à cette étape de corriger les derniers conflits existants. Les plans pourront ainsi être mis à jour. Il est à noter que la fabrication du prototype est facultative dans le cadre de ce projet et que la conception du prototype est privilégiée à sa fabrication. 11
4.0. État d avancement du projet 4.1. Modélisation des contraintes spatiales Les trois positions par lesquelles le Spyder devra passer afin de pouvoir être transporté par la camionnette sont représentées par les figures 6, 7 et 8. Cette première étape de conception est importante puisque qu elle clarifie les contraintes physiques à respecter du projet. La boîte et le Spyder ont donc été modélisés en respectant leurs dimensions importantes. Figure 6- Position initiale Figure 7-Position intermédiaire Figure 8-Position finale 4.2. Ébauche des solutions possibles 4.2.1. Plate-forme avec rails Les roues avant du Spyder sont déposées sur les supports prévus à cet effet. Ces supports coulissent vers le haut de la plate-forme. La plate-forme est ensuite élevée dans la boîte de la camionnette à l aide d un système de rails et d un treuil électrique. 4.2.2. Rampes Cette façon de faire pour monter le Spyder à l intérieur de la camionnette est la plus simple. Elle consiste à faire grimper ce véhicule à l aide de trois rampes. Celles-ci pourraient être rangées à l intérieur de la camionnette une fois l opération de levage terminée. 4.2.3. Bras articulé La roue arrière du BRP Spyder est soulevée et est tractée à l intérieur de la camionnette. Ce système pourrait être formé de membrures articulées et actionnées par des cylindres hydrauliques et des cylindres linéaires électriques 4.3. Choix de la solution La façon de sélectionner la solution est basée sur la grille de sélection représentée par la figure 9. Cette dernière comporte 4 critères avec différentes pondérations. Une valeur en pourcentage a ensuite été attribuée à ces critères et cela pour chacune des solutions. Le total a ensuite été calculé. Cette façon de faire est judicieuse parce que la meilleure solution peut être choisie sans aucun doute. La solution impliquant une plate-forme et des rails sera la façon de résoudre la problématique selon les résultats visibles à la figure 9. 12
Pondération en % Solution Prix (10%) Qualité(20%) Sécurité(20%) Respect des exigences (50%) Total Plate-forme avec rails 60 95 85 95 89.5 Bras articulé 10 85 75 90 78 Rampes 80 60 60 80 72 Figure 9-Tableau de pondération 1 4.4. Modèle informatique 4.4.1. Plate-forme avec rails La figure 10 représente bien le modèle informatique qui a été fait jusqu'à maintenant pour cette solution. Ce modèle a permis de trouver des problèmes avec celle-ci. Cette solution engendre des problèmes de manipulations et d alignements. Il semble que le promoteur serait obligé de manipuler les deux extrémités des rampes tubulaires. Ceci est à corriger puisqu il désire effectuer aucune manipulation pour effectuer l opération de levage. De plus, le jeu est minime entre les roues avant et la boîte de la camionnette. Il serait donc compliqué avec cette solution de faire passer convenablement ces roues entre les deux cotés de la boîte. Quelques pondérations illustrées par la figure 9 ont due être rectifiées face à ces deux problèmes. Le respect des exigences perdra 10 points pour le besoin de manipulation et 10 points pour le mauvais fonctionnement dû au problème d alignement. Tandis que le prix perdra 10 points parce qu il serait coûteux de résoudre le problème d alignement. La figure 11 résume bien les changements apportés à la figure 9. Dans cette même figure, les résultats obtenus par la première et la deuxième solution sont beaucoup trop semblables. La nouvelle solution devra régler les problèmes de manipulation et d alignement qui ont été observés. Celle-ci devra aussi avoir un résultat dans le tableau de sélection supérieur aux autres options. Figure 10-Plate-forme avec rail 13
Pondération en % Solution Prix (10%) Qualité(20%) Sécurité(20%) Respect des exigences (50%) Totale Plate forme avec rails 50 95 85 75 78,5 Bras articulé 10 85 75 90 78 Rampes 80 60 60 80 72 Figure 11- Tableau de pondération 2 4.4.2. Plate-forme articulée Description Le début de la séquence pour grimper le Spyder à l intérieur de la camionnette se fait à la position décrite par la figure 12. La figure 17 montre clairement cette position. Le promoteur devra faire grimper les roues avant de son véhicule sur les deux chariots sur roulettes visibles sur cette figure. Figure 12-Position de départ La suite de la séquence est illustrée par la figure 13. Le Spyder sera tracté sur la plate-forme à l aide des deux chariots mobiles et d un treuil électrique. Cette séquence sera complétée lorsque la roue arrière du véhicule se placera dans le support créé à cet effet. Figure 13-Position sur la plate-forme La position la plus critique est illustrée par la figure 14. C est le moment où le Spyder bascule pour atteindre la prochaine position. C est ici qu il est le plus vulnérable aux perturbations extérieures. Cette position nécessitera des calculs pour décrire correctement la trajectoire de cette séquence. La position du centre de masse du Spyder devra être trouvée pour effectuer ces calculs. 14
Figure 14-Position intermédiaire de la plate-forme La position montrée par la figure 15 est atteinte lorsque la plate-forme s appuie sur les quatre roues disposées à cet effet. Les bras télescopiques visibles sur les figures 17 et 18 permettent à la plate-forme d effectuer ce mouvement délicatement. Figure 15-Plate-forme sur le support métallique La figure 16 illustre la position finale de la plate-forme dans la camionnette. Des butées permettent à la plate-forme d être stable sur le support métallique visible sur les figures 17 et 18. Figure 16-Position finale du Spyder 15
Figure 17-Vue isométrique de la position initiale Figure 18-Vue isométrique de la position finale Justification La solution qui ressemble le plus à cette plate-forme articulée est le «Rampage Powerlift». Cependant, les principaux problèmes du «Rampage Powerlift» sont réglés avec ce concept. La stabilité latérale de la plate-forme lorsqu elle bascule est assurée par deux bras télescopiques (élément rouge et bleu pointés sur la figure 18). Cette configuration est plus aérodynamique, esthétique et stable puisque le devant du Spyder est vers l avant et non l inverse. De plus, Il ne sera pas nécessaire de tirer le Spyder pour amorcer sa descente de la camionnette. La figure 19 confirme que la nouvelle solution choisie obtient un résultat supérieur aux autres et qu elle répond aux exigences du promoteur adéquatement. Comparé à la plate-forme avec rails, la plate-forme articulée gagne 10 points pour le prix et 20 points pour le respect des exigences. 16
Pondération en % Solution Prix (10%) Qualité(20%) Sécurité(20%) Respect des exigences (50%) Total Plate-forme avec rails 50 95 85 75 78.5 Bras articulé 10 85 75 90 78 Rampes 80 60 60 80 72 Plate-forme articulée 60 95 85 95 89.5 Figure 19-Tableau de pondération 3 Éléments importants Il y a deux éléments importants qui restent à confirmer sur le modèle informatique. Tout d abord, la façon dont le ou les treuils seront installés pour tracter le Spyder selon les deux séquences, l élévation sur la plate-forme et celle à l intérieur de la camionnette, devra être déterminée. Ensuite, la façon dont la séquence inverse, de l intérieur à l extérieur de la camionnette, se fera devra être étudiée. Aucune manipulation ne devra être effectuée par l utilisateur pour respecter les critères du promoteur. Des calculs devront être faits pour s assurer que la plate-forme redescend sur son propre poids. 4.4.3. Modèle du rapport d étape 2 La figure 20 illustre bien où est rendue la modélisation de l élévateur. Les éléments identifiés par les bulles 1, 2, 3, 6 et 7 de cette figure sont ceux qui ont été développés depuis le rapport précédent. Tandis que les éléments 4 et 5 sont ceux qui doivent être travaillés. Il est possible d observer les rampes, identifier par la bulle 1, qui permettront aux roues du Spyder de grimper aisément sur la plate-forme. La bulle 2 montre le système de câbles servant à tracter les chariots mobiles vers l avant de la plate-forme. La bulle 3 identifie le système de poulie mis en place pour rediriger les câbles. Le support a également été modifié depuis la première version du modèle. En effet, la bulle 6 montre que la cornière du dernier modèle à été remplacée par un tube rectangulaire. De plus, La bulle 7 pointe en direction de l emplacement du treuil utile au levage des chariots mobiles. En effet, deux treuils au lieu d un seul seront utilisés pour effectuer les tâches de levages. Le faible coût d un treuil et la complexité d en utiliser un seul pour les deux mouvements justifient cette décision. Cependant, un système de contrôle assurera la gestion de ces deux treuils. L item représenté par la bulle 4, le bras télescopique, doit être localisé et dimensionné afin de respecter la trajectoire de la plate-forme et les forces présentées plus tard dans le rapport. Enfin, l emplacement indiqué par la bulle 5 est celui où se trouvera le treuil servant à hisser la plate-forme à l intérieur de la camionnette. La conception de cet emplacement devra être précisée dans une version ultérieure de ce modèle. 17
Figure 20- Modèle information du rapport d'étape 2 4.4.4. Modèle du rapport d étape 3 Le modèle informatique décrit dans les figures suivantes est une version améliorée de celle présentée dans le dernier rapport. La figure 21 présente l assemblage du système de levage. L assemblage à cette étape n est pas complet mais il s approche de la version finale. Figure 21- Modèle information du rapport d'étape 3 La figure 22 montre l assemblage des rouleaux qui permettent le déplacement de la plate-forme sur le sol lors de la phase 2. Les figures 23 et 24 montrent la partie avant de la plate-forme qui 18
comporte les supports des bras télescopiques et le boulonnage des plaques d assemblage. La figure 25 montre l assemblage partiel des guides de plate-forme. Lorsque la plate-forme s approche de la base dans sa descente, les guides (A) enlignent le système et empêchent les mouvements latéraux. Ensuite la plate-forme roule sur les rouleaux (B) lors sa traction. Finalement, la buté(c) bloque la plate-forme à sa position finale et du même coup elle la soulève légèrement pour libérer la charge sur les rouleaux. Figure 22- Extrémité inférieure de la plate-forme Figure 23- Extrémité supérieure de la plate-forme 19
Figure 24- Roue guide du châssis Figure 25- Vue d'assemblage des guides de plate-forme 20
4.4.5. Modèle final Le modèle final de l élévateur à Spyder est visible sur les figures 26, 27 et 28. Celles-ci montrent très bien les trois principales positions du Spyder lors de sa montée ou de sa descente. Toutes les principales composantes du système sont visibles sur ces photos. Il est possible d observer les treuils, la plate-forme, la base et les bras télescopique. Le système est décrit plus précisément par la mise en plan disponible en annexe. Figure 26-Position initiale du modèle final 21
Figure 27- Position intermédiaire du modèle final Figure 28- Position finale du modèle final 22
4.5. Facteur de sécurité La manière utilisée pour déterminer le facteur de sécurité adéquat à appliquer à notre système sera celle vue dans le cours 6GMC701-Calcul et conception de machines. Celle-ci permet de déterminer semi quantitativement un facteur de sécurité grâce à huit facteurs et une équation. Chacun de ces facteurs se voit attribuer une note de -4 à +4 et une équation somme ces résultats. Le tableau qui suit résume la pondération pour chaque critère concernant le système. Par la suite, une équation utilise cette sommation pour déterminer le facteur de sécurité. Cette méthode pour trouver un facteur de sécurité semble adéquate pour un prototype. Le système est pour l instant destiné à un seul exemplaire pour fin de test et pourra être amélioré lors d une version postérieure. Voici la liste de ces huit facteurs : 1. Précision avec laquelle les charges, forces, déformations et autres éléments de défaillance peuvent être déterminés. 2. Précision avec laquelle les contraintes, durée de vie et autres paramètres importants peuvent être calculés à partir des forces et autres éléments énumérés au point 1. 3. Précision avec laquelle la résistance et autres données relatives à la défaillance peuvent être connues pour un mode donné de rupture. 4. Le besoin de minimiser la quantité de matière, le poids, l espace et le coût. 5. La sévérité des conséquences d une défaillance en termes de vie humaine ou de bris matériel. 6. La qualité de la main-d œuvre qui réalise la fabrication. 7. Les conditions d opérations. 8. La qualité de l inspection et de l entretien possible et disponible durant les opérations. La pondération RN de chacun de ces facteurs est faite de la façon suivante : -RN=0, pas besoin de modifier le facteur de sécurité, connaissance/risque moyen. -RN=1, faible besoin pour modifier le facteur de sécurité. -RN=2, besoin modéré pour modifier le F.S. -RN=3, besoin important pour modifier le F.S. -RN=4, besoin extrême pour modifier le F.S. 23
Les formules à utiliser sont les suivantes :. 1 10 100 6. 1.15 6 Critère Pondération Justifications 1 1 Les éléments de ce critère sont connus. 2 1 Les contraintes sont calculées avec des forces connus. 3 0 Les données relative à la défaillance sont bien connu. 4 0 Minimiser le poids, l'espace et le les coût n'est pas un problème. 5 2 Les conséquences de défaillances du prototype sont bien présentes. 6 1 Le prototype sera fabriqué semi artisanalement. 7 0 Le prototype sera utliser dans de bonne conditions. 8 0 Il sera posible d'inspecter le systèm lors des test.. 1 10 5 100 3.25 Le facteur de sécurité à respecter dans la structure de l élévateur à Spyder sera donc de 3.25. Les cas d exceptions à ce critère seront bien expliqués tout au long du rapport. 24