BACCALAURÉAT GÉNÉRAL SÉRIE SCIENTIFIQUE Exemple d ÉPREUVE ORALE DE CONTRÔLE DE SCIENCES DE L INGÉNIEUR Session 2013 Durée de l épreuve : 1 heure Coefficient 6 pour les candidats ayant choisi un enseignement de spécialité autre que sciences de l ingénieur Coefficient 8 pour les candidats ayant choisi l enseignement de sciences de l ingénieur comme enseignement de spécialité Conditionnement d une piste de bowling Aucun document autorisé Calculatrice autorisée, conformément à la circulaire n 99-186 du 16 novembre 1999
Le conditionnement des pistes influe énormément sur les scores obtenus. La fédération internationale de bowling réglemente donc le conditionnement des pistes de jeux. En effet, il est important que d un bowling à l autre, les joueurs puissent se retrouver dans les mêmes conditions. Les bowlings se sont donc tous équipés de machines automatiques ou semi-automatiques pour effectuer les opérations de nettoyage et de huilage des pistes. Barrage sur le Couesnon Figure 1 : machine à conditionner les pistes Les machines sont capables d'aspirer, de laver et de sécher la piste avant de procéder au dépôt du conditionneur (huile). L'opération s'effectue en un ou deux passages (aller et retour), avec des vitesses d avances différentes. Figure 2 : éléments en contact avec la piste Dépoussiérer Aspirer / Sécher Avancer Huiler Avancer La piste de bowling est composée de 39 lattes de bois regroupées sur la largeur en : Côté Track Centre Track Côté Zone5 côtés ; les côtés sont les 5 ou 7 premières lattes latérales droites et gauches ; tracks ; les tracks, suivant le type de machine, vont de la 6 e à la 10 e latte latérale droite et gauche ; centre ; le centre est la zone séparant les tracks, soit de la 10 e à la 30 e latte. Zone4 Zone3 La longueur de la piste est découpée en zones. Le huilage est différent suivant les zones. La figure 3 indique la densité d huile par zone. Lattes de la piste Huile déposée sur le trajet aller Huile déposée sur le trajet retour Huile déposée sur les deux trajets Figure 3 : huilage d une piste Zone2 Zone1 Ligne de faute 2 sur 6
Pour contrôler l épaisseur d huile déposée sur la piste, l algorithme de commande prend en compte la vitesse de déplacement de la machine, le sens de déplacement, ainsi que l aspersion. L étude vise à proposer une partie de l algorithme de commande de la machine. Guidance de l étude Partie 1 : commander les vitesses de déplacement À partir des éléments fournis dans les documents techniques DT1 et DT2 : Q1. Analyser la solution technique permettant d'assurer un guidage correct de la machine sur la piste. Q2. En déduire le type de la liaison Bâti / Axe de roue (7). 1 Réducteur R1 = 1/150 Moteur Bâti Nom de la liaison? 7 2 A Figure 4 : schéma cinématique Q3. Exprimer le rapport de transmission R2 N2 / N1 du réducteur pignons/chaîne en fonction du nombre de dents des pignons Z 1 et Z 2. Q4. Exprimer le rapport de transmission global R N / 7 N rapports de transmission R 1 et R 2. Piste g moteur en fonction des Q5. Exprimer la relation liant la vitesse V t de déplacement à N 7, dans l hypothèse d un roulement sans glissement du galet sur la piste. Le diamètre des roues est de 78 mm. La vitesse de rotation N 7 est contrôlée par un variateur qui fournit au moteur un signal électrique rectangulaire (0 195V) à rapport cyclique variable. La consigne de vitesse, appliquée sur l entrée P2 du variateur, est prédéfinie au moyen de quatre potentiomètres S 1 à S 4. On considère que les potentiomètres sont réglés comme suit : Vitesse1 (V 1 ) réglée par le potentiomètre S1 pour =10% ; Vitesse2 (V 2 ) réglée par le potentiomètre S2 pour =25% ; Vitesse3 (V 3 ) réglée par le potentiomètre S3 pour =50% ; Vitesse4 (V 4 ) réglée par le potentiomètre S4 pour =75%. Figure 5 : graphe de commande moteur pour la vitesse V 2 Q6. Interpréter le chronogramme de la figure 5 et en déduire la forme du chronogramme de la tension moteur pour la vitesse V 4. 3 sur 6
Q7. Décrire les réglages à effectuer pour obtenir les vitesses de déplacement souhaitées. Partie 2 - commander le sens de déplacement Q8. Analyser la partie figurant dans le cadre A du schéma électrique (figure 10) du document technique DT2 et en déduire la manière dont est défini le sens de déplacement. Partie 3 - algorithme de commande simplifié Q9. Compléter l'algorithme de commande de la machine pendant la phase d'avance. Algorithme // Initialisation Machine à l arrêt, vitesse 1 sélectionnée : Début Ouvrir_RL1 ; Ouvrir_RL2 ; Ouvrir_RL3 ; Ouvrir_RL4 ; Ouvrir_RL5 ; Fin // Pilotage de la machine en marche avant Début // Sélection de la vitesse S2 : Fermer_RL3 ; // Positionnement de la machine en marche avant :.. ; Attente T1 ; // Sélection de la vitesse S3 : Attente T2 ; // Sélection de la vitesse S4 : Attente T3 ; // Positionnement de la machine à l arrêt :.. ; // Sélection de la vitesse S1 : Fin Partie 4 conclusion et préparation de l'exposé de 10 minutes proposé au jury Q10. Synthétiser en quelques phrases, convenablement construites et argumentées, le mode opératoire du conditionnement des pistes et proposer des modifications de la machine permettant le conditionnement en un seul passage. 4 sur 6
Document technique DT1 : principe de fonctionnement du déplacement de la machine à huiler Phoenix Le huilage de la piste est assuré au moyen de huit buses qui déposent l huile sur un rouleau en contact avec la piste. Le déplacement de la machine sur la piste est assuré au moyen de deux roues striées (A), entraînées par un motoréducteur à courant continu associé à un réducteur pignonschaine. Des galets coniques (B) permettent de centrer la machine sur la piste. A B Figure 7 : motorisation d avance Figure 6 : galet de guidage Réducteur R1 (1/150) Moteur Pignon moteur (1) Z1=13 Pignon récepteur (2) Z2=10 Chaine Axe roues (7) Galet B Roue A Figure 8 : chaîne cinématique Énergie électrique MOTEUR à courant continu Nm RÉDUCTEUR R1=1/150 intégré au moteur N 1 RÉDUCTEUR R2 pignons et chaîne N 2 ROUE A Vitesse de translation V t Fréquence de rotation Fréquence de rotation Figure 9 : schéma bloc de la chaîne d énergie Fréquence de rotation 5 sur 6
Document technique DT2 : principe de gestion des vitesses du déplacement de la machine à huiler Phoenix Un variateur, «Speed control», permet de générer quatre vitesses d avance qui peuvent être comprises entre 250 mm s -1 ( V min ) et 1 250 mm s -1 ( V max ), en marche arrière ou marche avant. Ces vitesses sont prédéfinies au moyen de quatre potentiomètres S1 à S4 par l utilisateur lors de la phase de paramétrage de la machine. Un capteur informe le variateur de la vitesse réelle du Phoenix. Le schéma ci-dessous est une représentation partielle du schéma électronique de la machine à huiler Phoenix. Cadre A Figure 10 : schéma électronique de la commande vitesse Vitesse 4 (S4) Vitesse 3 (S3) Vitesse 2 (S2) T1 T2 T3 Figure 11 : profil de vitesse lors d'une avance de la machine Temps 6 sur 6