LP6 Pompe Poclain 18 janvier 2011 1/12 B.D.V.S.

Pompe Poclain-Hydraulics

CCC III 111 ::: AAA nnn aaa lll yyy sss eee eee ttt ccc ooo nnn ccc eee ppp ttt iii ooo nnn ddd eee sss sss yyy sss ttt èèè mmm eee sss CCC III 222 ::: AAA nnn aaa lll yyy sss eee ddd uuu ccc ooo mmm ppp ooo rrr ttt eee mmm eee nnn ttt ddd eee sss sss yyy sss ttt èèè mmm eee sss iii nnn vvv aaa rrr iii aaa nnn ttt sss ccc ooo nnn ttt iii nnn uuu sss CCC III 333 ::: RRR ééé sss iii sss ttt aaa nnn ccc eee ddd eee sss mmm aaa ttt ééé rrr iii aaa uuu xxx

CCC III 444 ::: SSS ééé qqq uuu eee nnn ttt iii eee lll eee ttt ccc ooo mmm bbb iii nnn aaa ttt ooo iii rrr eee CCC III 555 ::: FFF aaa bbb rrr iii ccc aaa ttt iii ooo nnn ddd eee sss ppp iii èèè ccc eee sss mmm ééé ccc aaa nnn iii qqq uuu eee sss CCC III 666 ::: SSS ppp ééé ccc iii fff iii ccc aaa ttt iii ooo nnn sss eee ttt ccc ooo nnn ttt rrr ôôô lll eee

I.Présentation

A. Mise en situation

1. Généralités

Poclain-Hydraulics est le leader mondial des transmissions hydrostatiques intégrant

une technologie unique et brevetée. Ses principaux secteurs d'activités sont les travaux

publics (compacteurs, pelles, engins de forage…), l'agriculture (pulvérisateurs, engins

agricoles ou forestiers…), la manutention (chariot élévateur, engins de levage…),

l'industrie et la marine (treuils, tunneliers, drague, broyeurs…).

Figure 1 : perspective d'une pompe PLxxxx

L'objet de l'étude est une pompe à pistons radiaux Poclain-Hydraulics de type

L4H12 (cylindrée fixe).

Figure 2 : vues extérieures de la pompe

LP6 Pompe Poclain 18 janvier 2011 2/12 B.D.V.S.

2. Performances

Le document format A2 fourni avec le T.P. présente le dessin d'ensemble. Ses

principales caractéristiques et performances sont fournies sur les documents du

constructeur (figures-3 et 4).

Figure 3

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B. Analyse externe

1. Situation du système dans son contexte

1. Présenter le système étudié dans son contexte par un diagramme des interacteurs (diagramme pieuvre).

2. Définir et quantifier les fonctions de service(s) et de contrainte(s) identifiées.

Figure 4

LP6 Pompe Poclain 18 janvier 2011 4/12 B.D.V.S.

2. Bilan des puissances

3. Décrire le système étudié par un SADT de niveau A-0. Indiquer les unités des grandeurs introduites.

II.Analyse interne du fonctionnement-Modélisation

A. Lecture de plan

1. Dessin d'ensemble du réducteur

La pompe est essentiellement constituée (voir nomenclature) d'un carter (7), d'un

vilebrequin (1), de quatre culasses (12), chacune comportant trois pistons. Les douze

pistons sont en appui sur le vilebrequin par l'intermédiaire de patins d'appui (23).

4. Compléter le schéma cinématique minimal (schéma de principe) de la pompe ; expliquer comment est réalisée la liaison entre (3) et (0).

(3)

x

(2)

y3

z

(0)

(1)

A

C

D

y

Figure 5

5. Expliquer le fonctionnement de la pompe ; préciser notamment les phases d'admission et de refoulement, ainsi que le rôle du clapet (22).

6. Comment faire pour obtenir quatre débits indépendants ? Un unique débit ?

7. Quel est le rôle de la vis (15) ?

8. Quel est le rôle et la forme de la pièce (25), qui guide le ressort de maintien du contact (24) au niveau du piston (26) ?

LP6 Pompe Poclain 18 janvier 2011 5/12 B.D.V.S.

2. Vérification des performances de la pompe

La pompe étudiée en T.P. a les caractéristiques suivantes : a=2,9 mm, e=6,6 mm,

L=60,6 mm et possède quatre culasses contenant chacune trois pistons, dont le diamètre

de guidage est DPiston=26,6 mm et le diamètre intérieur est dPiston=21 mm.

9. Calculer la cylindrée de la pompe (voir plan). Effectuer un schéma montrant le volume refoulé entre le PMH et le PMB. Vérifier la cohérence du résultat trouvé avec le document Poclain.

10. Calculer le débit moyen théorique à N30=2400 tr/min en litres par minute et comparer le résultat avec la donnée constructeur.

Les figures 6 et 7 représentent respectivement, pour un piston, les courbes donnant

l'abscisse du piston et sa vitesse de translation en fonction de l'angle d'entrée.

Cote du piston en mm

Angle d'entrée en radians

Figure 6 : évolution de l'abscisse du piston en fonction de l'angle d'entrée : z()

11. Tracer l'allure générale du débit instantané pour un piston, pour une culasse puis pour la pompe. On expliquera au préalable la démarche employée.

Angle d'entrée en rd

H B

Figure 7 : évolution de la vitesse de translation du piston en fonction de l'angle d'entrée

LP6 Pompe Poclain 18 janvier 2011 6/12 B.D.V.S.

La figure-8 donne à titre d'information l'influence de la parité du nombre de pistons

sur la régularité du débit.

Figure 8

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26 12 Piston

25 12 Support de ressort

24 12 Ressort de rappel

23 12 Patin d'appui

22 4 Clapet

21 1 Joint torique

20 1 Bouchon M6PC 13G CYL

19 4 Clou cannelé NICK 24

18 1 Plaque d'immatriculation

17 1 Joint torique 6,99132,72

16 8 Vis HM 820 CL : 88 Serrage à 24m.N

15 1 Vis de purge M12

14 1 Joint métallo fermé de 12

13 32 Vis CHC M1050 CL : 120

12 4 Culasse équipée SIH RB4H12

11 4 Joint de carter Papier

10 32 Rondelle W10

9 1 Flasque porte-joint

8 1 Flasque arrière coudé

7 1 Carter 4H12

6 1 Anneau élastique 125

5 1 Joint torique 5,33110,49

4 1 Joint à lèvre radial I.E. Paulstra 55707

3 2 Roulement à rouleaux sphériques SNR 5512043 22311 E

2 1 Clavette // 14990

1 1 Vilebrequin Brut : H71042-24 (A2)

Rep Nb Désignation Matière Observation

ECHELLE Dessin d'ensemble du : 04

1 03

Pompe à pistons radiaux type 4H12 02

POCLAIN Le Plessis-Belleville-60 01

A3 Plan n° :S 09435-45 00

Figure 9

LP6 Pompe Poclain 18 janvier 2011 8/12 B.D.V.S.

LP6 Pompe Poclain 18 janvier 2011 9/12 B.D.V.S.

DOCUMENT-1 : plan de la pompe Poclain-Hydraulics

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B. Modélisation

1. Présentation

Les figures-3 représentent les schémas d'architecture plan et spatial d'un système

bielle vilebrequin dans une configuration particulière. Ce système permet la

transformation d'une rotation continue en translation alternative (pompe ou

compresseur) ou celle d'une translation alternative en rotation continue (moteur). Il est

constitué d'un piston (1) (diamètres D et d), d'une bielle (2) (pied A, tête B, longueur

AB=L), d'un vilebrequin (3) (excentricité e) et d'un bâti (0) (décalage a).

z

x

y

y3

C D

B

A

(1)

(0)

(2)

(3)

(0)

a

e

L

y2

(3)

B

(0)

x

(2)

y3

z

(0)

(1)

A

C

D

y

Figures 10 : schémas d'architecture (de distribution des liaisons) du système bielle manivelle

On a : CD=a.y, DA=z.z, CB=e.y3 et BA=L.y2 et les angles =(y,y2) et =(y,y3) sont

mesurés positivement autour de x.

Les calculs seront effectués avec les données numériques suivantes : a=DC=2,9 mm,

e=CB=6,6 mm et L=AB=60,6 mm.

2. Etude géométrique

On donne les deux figures de calcul planes représentant les angles et :

θ

θ

z

y2

y x

z2

z

y3

y x

z3

12. Etablir deux relations numérotées et entre les paramètres , z, et les constantes a, e et L ; en déduire la relation liant z à e, a, L et numérotée écrite ci-dessous :

2cos

1sin

L

eaLez

LP6 Pompe Poclain 18 janvier 2011 11/12 B.D.V.S.

13. Les points morts haut et bas (indices H et B) du système correspondent aux points pour lesquels on peut remarquer que z est extrême. Dans ces deux configurations particulières, que peut-on dire des points A, B et C ? Quelle est la relation, d'une part entre les angles H et H et d'autre part entre les angles B et B.

14. Déterminer et calculer les valeurs extrêmes de , H et B puis la course du piston (voir figure-6 pour vérification).

3. Etude cinématique

15. Donner l'expression de la vitesse de translation du piston en fonction du seul paramètre et des constantes

30, e, L, a ; on donne =

30.t (

30=Cte>0 et N

30=2400 tr/min).

On donne :

2

cos1

cos

sincos

L

ea

L

ea

ed

dz

16. Distinguer les phases de refoulement et d’admission. Quelle est l’amplitude en degrés de chacune d’elles ?

4. Etude statique

17. A partir du schéma plan de la figure-11, faire l'analyse globale plane du mécanisme. Le système est-il isostatique ou non ? Préciser notamment la nature des mobilités.

18. Pour le système plan, isoler chacune des pièces (1), (2) et (3). Ecrire les équations d'équilibre relatives à chacune de ces pièces en précisant le point de réduction et la base de

projection. Le piston subit une force pressante, notée zFF FlFl .. (Ffl >0) due au fluide. La

pression maximale est p=450 bars. Un moteur entraîne le vilebrequin à la vitesse constante avec

un couple xCC mm (Cm>0).

19. Résoudre le système d'équations et déterminer la relation entre Ffl et Cm.

Refoulement avec d/dt>0 Refoulement avec d/dt>0

Refoulement avec d/dt<0 Sans décalage a=2,9mm

Avec décalage a=2,9mm

Différence des deux courbes

Figure 11 : Influence du décalage "a" sur l'effort radial piston-cylindre

LP6 Pompe Poclain 18 janvier 2011 12/12 B.D.V.S.

On montre que l'effort radial au contact piston/cylindre a pour expression :

2201

cos

cos

eaL

eaFF flr

20. En observant la courbe de la figure-8, indiquer l'intérêt du décalage "a" de l'axe du piston et l'importance du sens de rotation de l'arbre moteur ?

21. Tracer l’évolution du couple moteur qui permet d’entraîner la pompe (pour un piston) à vitesse constante.

5. Bilan énergétique

22. Déterminer et comparer F.dz/dt et Cm.d/dt. Justifier.

III.Fabrication-Matériaux 23. Donner la nature et la symbolisation des matériaux des différents constituants de la pompe : (1), (7), (8), (23), (24) et (26).

24. Quelles sont les différences essentielles entre un carter moulé en fonte et le même carter moulé en alliage d'aluminium ?