Bureau Etude Conception d un monte charge Godart Maxime, Niclot Pierre- Marc
Sommaire : Table des matières I) Objet... 3 II) Présentation générale de l organisme... 3 2.1 Présentation générale de l organisme... 3 2.2 Missions et objectifs de l organisme... 3 III) Présentation générale du système attendu... 3 3.1 Présentation de l utilisation et des missions du système attendu... 3 3.2 Enjeux, mission et objectifs stratégiques et opérationnel du système... 4 3.3 Limites du système... 4 IV) Conception et réalisation du monte charge... 5 4.1 Présentation du monte charge choisi... 5 4.2 Justification du respect ou non des spécifications... 6 4.3 Notice de calcul... 7 4.4 Un principe de mesure du haut de la pile... 7 4.5 Un principe de mesure de la masse des pièces... 8 4.6 Nomenclature, estimations du poids, calcul du coût... 8 4.7 Mise en plan du système... 10 4.7.1 Vue de face... 10 4.7.2 Vue de coté... 10 4.7.3 vue iso... 11 V) Conclusion... 13 4.7.4 Mise en plan pièces spécifiques... 12 2
I) Objet Ce document a pour objectif de spécifier techniquement l ensemble des besoins relatifs au système attendu dans son environnement. Ce document traite également des conditions générales de réalisation du système, du respect des contraintes imposées ainsi que des notions de coût et de masse. II) Présentation générale de l organisme 2.1 Présentation générale de l organisme Le système est une demande de l école d ingénieurs Ecole Nationale Supérieure d Ingénieurs de Bretagne Sud (ENSIBS). 2.2 Missions et objectifs de l organisme Les objectifs stratégiques du client sont : Ø Le but premier de cette école est d approfondir les connaissances de ses étudiants Ø Le besoin du client concerne un plateau élévateur à niveau automatique. Ce système s'intègre dans un convoyeur automatisé et permet de stoker 0 à N pièces en attente, par empilement. Ces pièces sont de 2 types et tailles différents. Le plateau ne contient qu'un type de pièce à la fois. La face supérieure des pièces doit toujours être maintenue de façon automatique à une hauteur de référence H. Cette hauteur est ajustable par l'utilisateur. De plus, le plateau doit réaliser la pesée des pièces présentes pour pourvoir identifier la présence de pièces non conformes dans la pile. III) Présentation générale du système attendu 3.1 Présentation de l utilisation et des missions du système attendu Le système attendu doit être capable de se maintenir à une position de référence H. Le système s intègre dans un convoyeur automatisé. Il peut y avoir 2 pièces différentes. De plus, le plateau doit réaliser la pesée des pièces présentes pour pourvoir identifier la présence de pièces non conformes dans la pile. Le but ici est donc de réaliser un système afin de répondre au besoin du client vu au- dessus. 3
3.2 Enjeux, mission et objectifs stratégiques et opérationnel du système Les objectifs stratégiques et opérationnels du système sont : Pour le client : Amélioration des compétences de chaque étudiant Respect des délais pour un projet allant de la conception à la réalisation Respect des contraintes imposées Réalisation pour un coût le plus faible possible. Pour l utilisateur : Offrir un chariot élévateur qui s intègrera dans un convoyeur industriel. 3.3 Limites du système Le système devra être rendu au client le 20 Décembre 2013. Le budget étant serré, il est nécessaire d utiliser au maximum des pièces lego afin de réduire le coût le plus possible. Une autre limite de notre système est la valeur du couple délivré par le moteur. Nous sommes donc dépendants de celui- ci. 4
IV) Conception et réalisation du monte charge 4.1 Présentation du monte charge choisi Dans notre étude préalable nous avons tout d abord réfléchie à un monte charge relativement basique se composant d un plateau et d une partie qu on nommera la base. Le problème de ce système est qu il ne pourra en effet pas soutenir le poids des plateaux car le moment de rotation créé sera trop important et fera basculer le plateau l empêchant ainsi de monter. Nous avons donc décidé de rigidifier l ensemble. Le plateau et la base. Pour ce faire nous avons du totalement repenser le système. Voici donc la solution finale retenue employant des pièces LEGO mais aussi des pièces conçues en imprimante 3D avec toutes les contraintes que cela apporte. En effet afin d utiliser l imprimante 3D il faut penser au jeu supplémentaire a ajouter a l apièce afin que celle- ci puisse s adapter, et du jeu au niveau des connecteurs LEGO pour que ceux- ci puisse passer. Ne voulant pas changer cette côte il faudra repasser un forêt du bon diamètre a l intérieur afin d ajuster la connexion. Voici ci contre la photo du plateau retenu, on remarque la présence de 2x2 roues de chaque côtés afin de palier le problème du moment. De plus des renfort sont apparu sur la plateau afin de palier la flexion en bout de plateau. Avec cette conception le plateau est bien rigide et pourra ainsi soutenir les plaques. 5
Voici ici une photo de la base de notre monte charge. On y voit le moteur, les enrouleurs pour les fils et les glissières afin de guider les roues et empêcher la rotation du plateau. 4.2 Justification du respect ou non des spécifications A l aide du logiciel e- drawing nous allons vérifier le dimensionnement du monte charge par rapport au spécifications du cahier des charges. Spécifications valeur tolérence valeur max valeur système conforme? Longueur 180mm 10 190 138 OUI Largeur 150mm 5 155 158 NON Hauteur 120mm 10 130 130 OUI nombre de pièce 5 aucune 5 minimum 5 OUI Hauteur de référence 100mm +/- 10 De 90 à 110 Possible OUI Une seule côte n est pas conforme, la largeur du système, Il était conforme avant l ajout de 2 pièce qui permette la rigidité des glissières. Donc nécessaire au système. Il y a donc bien respect de cette côte mais nous ne pouvons la réduire pour le moment. D éventuel test au prochain semestres nous permettront peut être d enlever et ainsi de revenir dans les spécification technique du cahier des charges. Vérification des spécifications : longueur 142+38 = 180mm largeur 158mm hauteur 130mm 6
Validation des 5 plateaux Monte charge position basse Monte charge position haute 4.3 Notice de calcul On sait que la masse du plateau est d après solidworks de 40 grammes, on va donc calculer la puissance nécessaire pour soulever le plateau de la position basse à la position de référence. W = F * AB ( AB étant la distance de référence de 100mm) P = m*g Avec m = 0,770 Kg G = 9,81 P = 7,16 N W = 7,16 * 0,1 = 0,716 J Or ici on a P = WAB/t avec t=1 seconde donc P=WAB=0,716W On veut monter 100mm en 1 seconde au maximum donc on sait la vitesse de rotation qu il nous faut : De part la dimension de nos treuils il nous faut donc 3 tours et demi du moteur pour monter le plateau Soit environ 270 tr/min. On sait ensuite que P = C*w avec w = 28rad/s C = 0,025 N.m soit 25 N.m que l on divise par 2 car 2 treuils. Le moteur doit avoir un couple de 12,5 N.m ce qui est dans les caractéristique du moteur, par contre part le calcul on s aperçoit que nous devrons redimensionner nos treuils car la vitesse atteinte n est pas dans les caractéristique du moteur. 4.4 Un principe de mesure du haut de la pile Pour le haut de la pile Nous utiliserons les codeurs intégrés dans le moteur NXT afin de toujours connaître la position du plateau. Pour se faire le client placera le plateau lors de la première utilisation en position basse et à partir de là une boucle d initialisation fera les calculs nécessaires afin de détecter la position haute référencée par le client. 7
4.5 Un principe de mesure de la masse des pièces Dans cette partie nous n avons pas encore décidé qu elle capteur nous allons utiliser. Plusieurs possibilités s offre a nous : Ø le capteur de force que nous avons utilisé en Electronique sur un TP balance ménagère Ø un capteur de masse de type industriel qu il faudra adapter pour notre montage Ø un capteur de pression est aussi possible. Le choix du capteur se fera en fonction des ressources présente à l ENSIBS, sa position sera sur le plateau, il faudra donc réfléchir au passage des fils. Une place au centre du plateau lui est destinée. 4.6 Nomenclature, estimations du poids, calcul du coût Voici la nomenclature complète de notre système : numéro description quantité volume(mm3) 1 153 Bras Technic coudè 90 3x5 10 1573.25 2 6558 Pion Technic long avec friction 18 232,11 3 32525 Bras Technic 1x11 4 2555,72 4 3673 Pion Technic 2L 43 168.24 5 32054 Pion Technic long avec clips 6 269,49 6 bras guidage fil spec 2 4528.12 7 barre x15 4 3518,41 8 32316 Bras Technic 1x5 8 1114,87 9 bras guidage spec2 2 3300.74 10 120 Bras Technic 1x9 12 1823,85 11 48989 Equerre 3x3 avec 4 pions 8 1676,36 12 3705 Barre Technic 4L 9 390.78 13 3713 Clips pour barre 16 129,6 14 6538 Manchon Technic pour barres 13 412,78 15 3749 Barre 1L avec pion 12 190,27 16 3706 Barre Technic 6L 3 586.29 17 53787 Servo- moteur NXT 1 24129,07 18 3707 Barre Technic 8L 6 781.81 19 4265c Clips pour barre demi largeur 8 75,82 20 32524 Bras Technic 1x7 4 1595,15 21 32523 Bras Technic 1x3 6 634,58 22 4185 Roue- poulie 4 838,07 23 3708 Barre Technic 12L 1 1172.84 24 32140 Bras Technic coudè 90 2x4 2 1131,87 25 41239 Bras Technic 1x13 2 3036,01 Une estimation du poids de notre robot est de 180,23 grammes. 8
Nous allons maintenant chiffrer le coup du robot : Pièces Légo volume (cm3) Remise Quantité prix unitaire prix total 153 Bras Technic coudè 90 3x5 1,6 10,00 10 0,189 1,89 6558 Pion Technic long avec friction 0,23 10,00 18 0,0657 1,18 32525 Bras Technic 1x11 2,55-4 0,305 1,22 3673 Pion Technic 2L 0,17 10,00 43 0,0603 2,59 32054 Pion Technic long avec clips 0,27 5,00 6 0,07315 0,44 barre x15 3,5-4 0,4 1,60 32316 Bras Technic 1x5 1,1 5,00 8 0,152 1,22 120 Bras Technic 1x9 1,8 10,00 12 0,207 2,48 48989 Equerre 3x3 avec 4 pions 1,7 5,00 8 0,209 1,67 3705 Barre Technic 4L 0,4 5,00 9 0,0855 0,77 3713 Clips pour barre 0,13 10,00 16 0,0567 0,91 6538 Manchon Technic pour barres 0,41 10,00 13 0,0819 1,06 3749 Barre 1L avec pion 0,2 10,00 12 0,063 0,76 3706 Barre Technic 6L 0,59-3 0,109 0,33 53787 Servo-moteur NXT 20 20,00 3707 Barre Technic 8L 0,78 5,00 6 0,1216 0,73 4265c Clips pour barre demi largeur 0,075 5,00 8 0,054625 0,44 32524 Bras Technic 1x7 1,6-4 0,21 0,84 32523 Bras Technic 1x3 0,63 5,00 6 0,10735 0,64 4185 Roue-poulie 0,83-4 0,133 0,53 3708 Barre Technic 12L 1,2-1 0,17 0,17 32140 Bras Technic coudè 90 2x4 1,1-2 0,16 0,32 41239 Bras Technic 1x13 3,04-2 0,354 0,71 pièces Spécifiques Imprimantes 3D bras guidage fil spec 4,53-2 5,03 10,06 bras guidage spec2 3,3-2 3,8 7,60 total 39,66 Le coût du robot est d environ 40 car certain volume on été arrondi aux supérieurs. 9
4.7 Mise en plan du système 4.7.1 Vue de face 4.7.2 Vue de coté 10
4.7.3 vue iso 11
4.7.4 Mise en plan pièces spécifiques Mise en plan pièce spécifique 1 Mise en plan pièce spécifique 2 12
V) Conclusion Tout au long de ce projet on a apprit beaucoup de chose sur les étapes de la conception, nous avions décidé de commencer par une modélisation 3D sous Solidworks avant de réalisé le modèle avec les pièces Lego, puis voyant les problème rencontrer nous avons donc fait l inverse et avons du reprendre toute la modélisation Solidworks. Suite à cela nous avons réalisé une première maquette échelle 1 et pu écarter quelques problèmes auxquels nous avons été confronté. Notamment un problème au niveau de l impression 3D et de ne pas laisser suffisamment de jeu au niveau de la gorge dans les pièces spécifiques, jeu pas encore suffisant à ce jour ce pourquoi nous ne pouvons pas valider définitivement le système car nous n avons pu le tester. Pour le S4 nous prévoyons donc l implantation du capteur et avant tout la réception de nos nouvelles pièces en 3D afin de valider la partie mécanique si aucun nouveau problème ne voit le jour. Pour conclure ce projet nous est très intéressant et nous permet d apprendre encore sur la conception d un projet à partir d un cahier des charges. Sa nous conforte dans la démarche de conception. 13