Rapport projet fin d'étude

5, Avenue Taha Hussein Tunis

B. P. 56, Bab Menara 1008

:Tel. : 71 . 496 . 066 :Fax : 71 . 391. 166

5 . : .56 1008

Rf : Ing-GM-2014-37

Rapport de

Projet de Fin dtudes

Pour obtenir le

Diplme dIngnieur en Gnie Mcanique Spcialit : CPI

Prsent et soutenu publiquement le 25 juin 2014 Par

Hanafi Mohamed Wassim

Etude et conception dun mcanisme de dcharge des prformes de bouteilles PET

Composition du jury Monsieur Jalel BEN YOUNES Prsident

Monsieur Nouredine BEN YAHYA Rapporteur

Monsieur Ali BEN ROMDHANE Encadrant Entreprise

Monsieur Sofien AMARA Encadrant ENSIT

5, Avenue Taha Hussein Tunis

B. P. 56, Bab Menara 1008

:Tel. : 71 . 496 . 066 :Fax : 71 . 391. 166

5 . : .56 1008

Anne universitaire : 2013-2014

Rsum

Lamlioration des lignes de production et la gestion des flux de matire constituent un souci pour les entreprises industrielles. Dans cette perspective, ce projet fin dtude se prsente comme tant une tude et conception dun mcanisme de dcharge des caisses de prformes de bouteilles PET

Mots cls : Prformes PET, mcanisme de manutention, amlioration de processus

.

:, , .

Abstract

The improvement of production lines and the flow management of materiel constitute one main concern for industrial companies. In this perspective, this project of study ending seems as a study and a conception of a mechanism of discharge of preforms of bottles PET.

Key words: Preforms, hadling mechanism, process improvement

Table des figures

Figure 1.1. Quelques produits fabriqus par la socit 3

Figure1.2. Extrait du plan de site de production....4

Figure 1.3. Caisse de PET .5

Figure 1.4. Bac de souffleuse.5

Figure 1.5. Cartographie de processus actuel5

Figure 1.6. Convoyeur de chargement7

Figure 1.7.Chargeur automatique de prformes.8

Figure 1.8. Transpalette manuel....9

Figure1.9. Gerbeur lectrique10

Figure 1.10.Benne basculante11

Figure2.11. Tte rotative..11

Figure 2.1. Diagramme des prestations..17

Figure 2.2. SADT du mcanisme de dcharge.18

Figure 2.3. Diagramme pieuvre 20

Figure 2.4. Histogramme des fonctions de service.21

Figure 2.5 Principe du centre de dcharge des PET23

Figure 2.6. Principe de transport pneumatique ..23

Figure 2.7. Pompe palette24

Figure 2.8. Changement de section qui gnre laspiration.24

Figure 2.9. Principe du mcanisme basculeur des caisses.27

Figure 2.10. Traage du triangle de stabilit28

Figure 2.11. Roue standard.29

Figure 2.12. Niveau ergonomique des poignes de contrle..29

Figure 2.13. Chssis31

Figure 2.14. Basculeur.31

Figure 2.15. Coussinet collerette.32

Figure 2.16. Entrainement par systme vis crou33

Figure 2.17. Entrainement par systme bignon crmaillre...34

Figure 2.18. Entrainement par systme hydraulique35

Figure 2.19. Chariot basculeur de caisses..36

Figure 3.1. Schma cinmatique de la position initiale40

Figure 3.2. Isolement du basculeur41

Figure 3.3. Etude graphique43

Figure 3.4. Sollicitation sur les axes de supporte du vrin..44

Figure 3.5. Articulation entre chssis et basculeur.46

Figure 3.6. Effort tranchant.46

Figure 3.7. Moment flchissant47

Figure 3.8. Chape mcanique pour guidage du vrin48

Figure 3.9. Modlisation du chargement49

Figure 3.10. Vrification de la rsistance par la mthode dlments finis52

Figure 3.11. Modlisation du chargement des fourches.52

Figure 3.13. Goupille cylindrique fondu.54

Figure 34.Elment ttradrique55

Figure 3.14. Rpartition de contraintes de Von Mises.55

Figure 3.15. Dplacement rsultant..56


Figure 3.17.Chargement et conditions aux limites.57


Figure 3.19. Dplacement rsultant..58

Figure 3.20. Diagramme des forces appliques sur le piston..59

Figure 3.21. Flambement..61

Figure 3.22. lments dun groupe hydraulique..63

Figure 3.23. Pompe engrenage.65

Figure 3.24. Distributeur commande manuelle.66

Figure 3.26. Filtre huile66

Figure 3.27. Limiteur de pression68

Figure 3.28. Circuit hydraulique..69

Tables des tableaux

Tableau 1.1 Signification des symboles de la cartographie.6

Tableau 1.2. Limites de charges admissibles.6

Tableau 1.3. Limites de charges normalises.7

Tableau1.4. Avantages et inconvnients du convoyeur de chargement8

Tablea1.5 Avantage et inconvnients du chargeur automatique9

Tablea1.6 Avantage et inconvnients du transpalette.10

Tablea1.7 Avantage et inconvnients du gerbeur10

Tableau 1.8 Evaluation des conditions de la mthode manuelle.12

Tableau 2.1. Importance relative des fonctions de service..19

Tableau 2.2. Formulation des fonctions de service19

Tableau 2.3. Critres de pondration des solutions nonces..25

Tableau 2.4. Critres satisfaire lors de la conception du chariot..26

Tableau 2.5.Avantages et inconvenants du systme vis-crou33

Tableau 2.6.Avantages et inconvnients du systme pignon-crmaillre.34

Tableau 2.7. Avantage et inconvnients entrainement par vrin35

Tableau 2.8. Critre de choix du systme dentrainement35

Tableau 3.1. Choix du coefficient de scurit.39

Tableau 3.2. Relation entre Re et Reg.39

Tableau 3.3. Rsultats de ltude statique42

Tableau 3.4. Caractristiques de lacier C4544

Tableau 3.5.Caractristiques hydrauliques de chaque diamtre.65

DdicacesDdicacesDdicacesDdicaces ma mrema mrema mrema mre

Pour ton amour inpuisable et tes encouragements. Que Dieu puisse te garder

afin que tes prires me protgent et que tes regards suivent ma destine.

mon pre mon pre mon pre mon pre

Aucun hommage ne pourra tre la mesure de lamour et de lestime que je te

porte. Tu mas toujours conseill, guid et soutenu dans les moments difficiles.

Jespre pouvoir raliser aujourdhui lun de tes rves et tre la hauteur de tes

esprances.

mon frre, ma sur mon frre, ma sur mon frre, ma sur mon frre, ma sur

Pour les agrables moments, pour toutes nos folies inoubliables, je vous

souhaite du fond du cur une vie pleine de bonheur et de russite

ma grande mre, ma grande mre, ma grande mre, ma grande mre, tous mes professeurs, tous metous mes professeurs, tous metous mes professeurs, tous metous mes professeurs, tous mes amiss amiss amiss amis

Je vous ddie ce travail

Remerciements

Je tiens remercier toutes les personnes qui mont aid la ralisation de ce projet et ceux qui ont eu la gentillesse de faire de ce stage un moment profitable.

Cest avec une immense reconnaissance que je remercie tous mes professeurs et plus particulirement Mr Sofien Amara, mon encadreur, pour ses directives, son grand cur et

son soutien moral tout au long de ce projet.

Ma profonde gratitude sadresse mon encadreur au sein de X-Pack Mr Ali Ben Romdhane le responsable de dpartement recherche et dveloppement de lentreprise pour lintrt quil

ma apport, pour sa disponibilit et ses conseils qui mont permis de mener terme ce travail.

Ma reconnaissance sadresse tous ceux qui ont particip de prs ou de loin la ralisation de ce projet.

Enfin, je remercie les membres du jury davoir accept de juger ce travail et jespre que ce prsent rapport reflte tout le travail effectu et satisfera tout consulteur.

Introduction gnrale

La concurrence entre les entreprises demballage et dinjection plastiques ne cesse daugmenter et devient de plus en plus acharne. D'autre part, les exigences du march sont plus strictes en termes de qualit, prix et dlais. Pour tre comptitives et faire face ce contexte conomique pnalisant, les entreprises doivent agir contre les gaspillages, les dlais de fabrication ainsi que la gestion de temps mort et loptimisation des oprations et processus de production qui affaiblissent leurs comptitivits.

x-pack accorde une attention particulire lamlioration continue des processus de travail et lenrichissement de ces quipements. Ainsi dans le cadre de la protection de ces travailleurs de toute accidents de travail et incidents, le service recherche et dveloppement a propos un PFE dont le but est ltude, la conception et la fabrication dun mcanisme de dcharge des caisses de prformes de bouteilles PET.

Dans cette perspective, nous avons essay tout dabord dtudier le droulement de lopration cible pour extraire tous les aspects de gaspillage susceptible de crer des pertes en temps et en argent. Une fois que nous avons dcouvert ltat des lieux et le nouvel objectif satisfaire, nous sommes engags proposer des solutions technologiques efficaces ne ncessitant pas un grand investissement. Les propositions faites seront prsentes la direction pour en choisir la meilleure.

Le prsent document est constitu essentiellement de trois parties :

Chapitre 1. tude bibliographique : Elle prsente la socit suivie de ltude de cas et acheve par dune recherche bibliographique.

Chapitre 2. Conception et modlisation : Elle est entame par lanalyse fonctionnelle suivi par la modlisation gomtrique des pices et ensembles sous Catia et termine par la validation du choix du mcanisme

Chapitre 3. Dimensionnement : Cette partie regroupe le dimensionnement mcanique et hydraulique ainsi quune vrification par la mthode des lments finis.

Lannexe contient lensemble des abaques et documents utiliss de plus du dossier technique.

CHAPITRE 1. ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE

Chapitre1.Etude bibliographique 2014

2

1. Introduction Dans ce chapitre on va introduire la socit, noncer la problmatique et dfinir la manutention.

1.1. Prsentation de la socit [1] La socit x-pack est considre parmi les socits les plus rputes qui oprent dans le domaine de lemballage et linjection plastique en Tunisie. Elle dveloppe une large gamme demballages plastiques pour divers domaines comme lagroalimentaire, la chimie et le cosmtique depuis sa cration en 2006 avec plus de 100 rfrences dclinables dans de multiples secteurs dactivit. Elle se distingue par la prise en charge de projets complets depuis la conception, passant par le suivi de l'laboration des moules jusqu la mise en point. 1.1.1. Produits fabriqus

On distingue 3 types de produits (figure 1.1) :

Emballage

Une gamme riche et diversifie allant des volumes standards : 5, 10 et 20 L aux volumes spcifiques : 0.8, 4, 15 et 28 L appropris pour le stockage de produits liquides et solides fabriqus en polypropylne (PP).

Capsules

X-Pack distribue une large gamme de bouchons de diffrents diamtres. Il sagit notamment de capsules simples, verseuses, pulvrisateurs, vaporisateur, ou pompes pour produits viscoses.

Bouteilles

Pour le conditionnement du liquide, la socit a dvelopp une gamme de bouteilles souffles en PET transparent ou color qui conviennent pour des produits industriels ou alimentaires. Notre projet sera reli ce produit.

Figure 1.1.Quelques produits fabriqus par la socit


3

1.1.2. schma du site de soufflage

Le schma ci-dessous prsente le flux de matire premire ; caisses et prformes dans le site de soufflage ainsi que lcartement entre ces lments constituants. Le transport de matire se fait par transpalette et sot en plastique.

Figure1.2. Extrait du plan du site de production

2. Description du processus de dcharge des prformes

2.1. Mthode actuelle de dcharge des caisses

La mthode actuelle consiste dcharger les prformes manuellement laide dun sot des caisses (Figure 1.3) vers les bacs des souffleuses (Figure 1.4). Les caisses sont dplaces laide dun transpalette de la zone de stockage premier une zone de stockage intermdiaire situe dans le site de travail face aux machines de soufflage. Loprateur responsable de dcharge contrle visuellement le niveau des prformes restantes dans les bacs et dans les caisses. En arrivant un certain niveau de dcharge estim un-quart, loprateur ne peut plus se pencher pour atteindre les prformes do le recours au dchirement des parois latrales des caisses afin de crer un accs. Ceci dtriore les caisses et les rend non acceptables par le fournisseur. La dcharge est gnralement dclenche depuis une ncessit de prsence des prformes pour le soufflage, puis lopration devient incontrlable jusquau vidage total des caisses.


4

Figure 1.3 Caisse de PET Figure 1.4 Bac de souffleuse

2.2. Cartographie du processus

Pour analyser le processus de prs, il est indispensable de faire une cartographie pour mettre en vidence les dysfonctionnements dans lopration existante. Llaboration de la cartographie de notre processus (Figure 1.5) consiste suivre les prformes durant sa circulation dans lusine tout en rvlant les oprations lmentaires quil subit.

Figure 1.5 Cartographie de processus actuel

Stockage

Stockage

Soufflage

Emballage

Dcharge

Contrle

Attente

Attente


5

Ainsi, on peut estimer lefficacit du processus en calculant en pourcentage la proportion des oprations valeur ajoute par rapport toutes les oprations qui le constituent. En pratique, elle est obtenue aprs la ralisation de la cartographie et en appliquant la relation suivante :

Efficacit=nombre des taches valeur ajout/nombre total des taches

Efficacit = 0.375

La dsignation des symboles caractrisant les oprations est :

Tableau 1.1 Signification des symboles de la cartographie

Symbole Signification

Transfert Manutention, transport

Opration Changement dtat : usinage, montage

Stockage Retenu programme et maitrise de flux

Contrle Vrification, contrle qualit

Attente Retenu temporaire de flux : besoin de synchronisation, attente de disponibilit

3. manutention [2] La manutention dsigne laction de manipuler et de dplacer des marchandises, des colis ou des documents lintrieur dun entrept, dune usine ou dun magazin.

3.1. La manutention manuelle Elle dsigne toute opration de transport ou de soutien dune charge, dont le levage, la pose, la pousse, la traction, le port ou le dplacement exigent leffort physique dune ou de plusieurs personnes.

Les limites des charges en fonction du sexe et de lge depuis le code de travail sont :


6

Tableau 1.2.Limites de charges admissibles

Hommes Femmes

16 17 ans partir 18 ans 16 17 ans partir 18 ans

20 55 10 25

La norme AFNOR NFX 35-109 est plus restrictive que le rglement en ce qui concerne les limites acceptables de port manuel de charge. Elle tient compte des critres de masse transporte, de la frquence de transport, de la distance parcourue, de lge et du sexe.

Les limites recommandes pour le rapport occasionnel de charges sont :

Tableau 1.3.Limites de charges normalises

Hommes Femmes

15 18 ans 18 45 ans 45 65 ans 15 18 ans 18 45 ans 45 65 ans

15 Kg 30 Kg 25 Kg 12 Kg 15 Kg 12 Kg

Dans le cas de port rptitif des charges, les limites recommandes sont plus basses do le recours la manutention mcanique dans la plupart des cas.

3.2. La manutention mcanique La manutention mcanique permet dviter les risques propres la manutention manuelle. Elle fait lappel lutilisation dappareils de levage et de transport : palans, poulies, transpalettes, chariots

Dans la suite, on va sintresser quelques quipements de manutention :

3.2.1. Equipements spcifiques au chargement/dchargement des prformes :

Convoyeur chargeur

Les prformes sont transfres de la trmie de lalimentation lorienteur qui les introduit dans un guide inclin. Puis elles tombent par le fait de la gravit dans ltoile de transfert qui quipe le mandrin rotatif a travers lequel les prformes sont introduites dans le moule.


7

Figure 1.6. Convoyeur de chargement

Cette mthode convient avec les souffleuses automatiques. Mais elle peut aussi alimenter les bacs des machines manuelles. Ses avantages et inconvnients sont :

Tableau 1.4. Avantages et inconvnients du convoyeur de chargement

Avantages Inconvnients

-Prcision/convoyage stable

-Dbit dalimentation rglable et proportionnel la capacit de la machine

-Mcanisme simple maintenir.

-Encombrement

-Capacit de trmie limite

-Utilisation dautre quipement pour remplissage de trmie.

Chargeur automatique de prformes

Ce dispositif est utilis pour rduire le temps de chargement de la trmie pour les souffleuses automatiques ou les bacs pour les souffleuses semi-automatiques. Le principe est de basculer les caisses jusqu dcharge totale. Ce type de solution se manifeste comme un centre de dcharge.

Figure 1.7. Chargeur automatique de prformes


8

Les avantages et inconvnients de ce mcanisme sont :

Tablea1.5. Avantages et inconvnients du chargeur automatique


-Prcision/rapidit

-Scurit de loperateur

- adapt tous les cartons prformes.

-Trs encombrante

-Fixe do la ncessit de mobiliser les convoyeurs ou les bacs.

-Grand investissement.

3.2.2. Autres quipements de manutention

Parmi tous les quipements de travail, les chariots de manutention constituent une catgorie trs importante. On va dcouvrir les formes et lutilisation de quelques quipements.

Les transpalettes :

Le mouvement dlvation dorigine hydraulique est transmis aux fourches. Lnergie est fournie par laction de levier manuel ou par une batterie selon le type du transpalette. La longueur et largeur des bras de fourche sont dtermines en fonction des dimensions de la palette transporter. Ils sont destins pour un transport peut intensif pour charger/dcharger des charges palettises.

Figure 1.8. Transpalette manuelle


9

Les avantages et inconvnients de cet quipement sont illustrs dans le tableau suivant :

Tableau 1.6. Avantages et inconvnients transpalette


-Simple utiliser

-Cot peut leve

-Faible poids.

-Limit courte distance

-Ncessite un sol en bon tat

-Mauvaise ergonomie.

Gerbeurs

Cest un quipement driv des transpalettes quip dun ensemble lvateur pour lever les charges. Conu pour des utilisations peut intenses pour gerber des charges palettises qui sont transporter sur de courtes distances pour des hauteurs de leve inferieures 3m.

Figure1.9 Gerbeur lectrique

Les avantages et inconvnients de ce type de chariots sont illustrs dans le tableau suivant :

Tableau 1.7. Avantages et inconvnients du gerbeur


-Matriel simple manipuler

-Faible poids

-Stable

-Charge qui diminue avec hauteur de leve

-Sensibilit au basculement latral


10

quipements porte charge Ce sont des dispositifs complmentaires qui peuvent tre mont sur le tablier porte

quipement des chariots et gerbeurs. Nous citons ainsi quelques quipements qui nous intressent pour ce projet. Bras de fourches :

Cest lquipement le plus utilise dans la manutention des charges. Il est en acier forg chaud, fix lquipement de manutention dont lcart des fourches peut tre rglable. Les bras de fourches sont soumis un travail intense, lusure et la dformation.

Benne basculante :

Equipement basculant (figure 1.10) ou fond ouvrable pour collecter et verser de la matire.

Figure 1.10. Benne basculante

Tte rotative :

Cet quipement permet de faire pivoter le dispositif de manutention utilis (figure 1.11). Il peut galement tre utilis pour verser les conteneurs prvus pour cet usage.

Figure1.11. Tte rotative


11

3.3. valuation des conditions de la mthode de dcharge actuelle Cette mthode quon introduit dans le sens de la collecte et lanalyse des informations se prsente sous la forme dun tableau rcapitulatif (tableau 1.8). Elle a t invente par le centre national de la recherche scientifique en collaboration avec linspection gnrale dhygine et de scurit franaise. En effet, cette mthode permet de quantifier le niveau de risque lors de lopration de manutention des divers paramtres cits successivement dans la suite. Une note (de 2 10) est attribue pour chacun de ses paramtres [2]

Tableau 1.8 Evaluation des conditions de la mthode manuelle

Poids de la charge

souleve en

kg

Frquence de la manutention

NOTE >20 fois/jour 10 20

fois/jour 5 10

fois/jour 5 fois/jour

>30 10 8 6 4

20 30 8 8 6 4 8

10 20 6 6 6 4

5 10 4 4 4 4

100 10 8 6 4 8

50 100 8 6 4 4

Z10 50 6 4 4 2


12

Distance de dplacement

en m

Frquence de la manutention

NOTE >20 fois/jour 10 20

fois/jour 5 10

fois/jour 5 fois/jour

>3 10 8 6 4 10

1 3 8 6 4 2

0.5 m

Ou

EL>0.5 m

0.2


13

Position de la charge lors de sa DEPOSE

EF et EL

>0.5 m

EF >0.5 m

Ou

EL>0.5 m

0.2h>0.6m

NOTE

10 8 6 4 2 6

Hauteur lors de la DEPOSE

h 1.7 m

1.7 >

h>1.5 m 1.5>h>1.3 m

Ou

0.6>h>0.3 m

1.3 > h >1 m

1

>h>0.6m

NOTE

10 8 6 4 2 8

h : Hauteur

Note

Finale

66

EF : Eloignement Frontal

EL : Eloignement Latral

Lexploitation du tableau ci-dessus consiste valuer le niveau adquat correspondant chaque caractristique lie au processus actuel en dterminant la note attribue chaque cas et linscrivant dans la dernire colonne. Puis ces notes seront totalises pour obtenir la note finale. Le seuil dacceptabilit est 60 : si ce seuil est dpass ou si lune des notes pour lun des critres est suprieure 8. Il faut engager une action corrective dans le ou les domaines qui posent problme.

Dans notre cas, le poids, la frquence, la hauteur et la position de soulvement et pose ainsi que la distance parcourue de la charge prsentent une dvaluation de la marge acceptable. Do le recours au passage vers la manutention mcanique objet de ce projet.


14

4. Plan daction Les mthodes suivies le long de ce chapitre ont permis didentifier les oprations du chargement et dchargement du prformes PET du zone de stockage aux bacs des machines. Pour rpondre aux besoins de la ligne de production et des objectifs de lentreprise. Une amlioration du systme de chargement/dchargement des prformes PET est ncessaire en raison de :

Dplacements inutiles des caisses entre postes.

Endommagement de ltat des caisses.

Labsence de standard ergonomique de manutention des charges en phase de dcharge.

Pour remdier ces problmes, la direction de lentreprise pris les mesures suivantes :

le remplacement du processus manuel actuel par une autre solution mcanique plus fiable et ergonomique dcrite dans le cahier de charge industriel suivant.

La conception, dimensionnement et la modlisation de la solution choisie en se servant des logicielles de conception et modlisation mcanique.

Pour finir, nous allons laborer un dossier technique destin la fabrication et procder la mise en uvre.

5. Cahier des charges industriel Dans le but damliorer ces mthodes et daugmenter la production ainsi que de respecter les dlais des clients, la socit dsire remplacer le processus manuel de dcharge des caisses de prformes PET par une mthode mcanique qui limine les diffrents aspects de gaspillage quils soient matriels, physiques, spatio-temporels ou gestionnaires.

Cest dans ce sens que la socit a propos ce projet de fin dtudes pour ingnieur dans le sens dtudier, concevoir et fabriquer un mcanisme de dcharge des caisses de prformes dans les bacs des machines souffleuses.

Donnes:

-dimensions extrieures caisses : 1200x1000x1070mm

-dimensions extrieures bacs : 1600x80x1600mm

-dimensions extrieures palettes en bois : 1200x1000x130mm

le poids des caisses en bois varies selon le type et dimension des prformes comme suit :


15

Poids unitaire (g) Poids total (Kg)

30/25 16 255

14 233

33.5 268

PCO28

20 290

36 300

44 368

49 294

Toute autre donne ncessaire sera prleve au cours de la priode de stage.

6. Conclusion Ce chapitre a t entam par lintroduction de la socit de par son domaine de fonctionnement ainsi que son organisme gnral, puis nous avons procd ltude de cas en annonant quelques types dquipements de manutention.

Dans le chapitre suivant, nous allons concevoir et modliser le mcanisme.

Chaputre2.Conception et modlisation 2014

17

1. Introduction Concevoir et fabriquer un mcanisme, ncessite le suivi dune mthodologie structure sappuyant sur une approche scientifique. Les outils que nous pouvons utiliser dans ce genre de situation sont la dmarche de la validation de besoin jusqu la slection des solutions technologiques depuis un FAST dtaill.

Dans ce chapitre, on traite lensemble des tapes suivre lors de la recherche de la solution optimale du mcanisme

1. noncer le besoin La mthode APTE permet de formaliser le besoin satisfaire par le systme concevoir. Les rponses permettent notamment de cadrer le champ de ltude, les contraintes les objectifs poursuivis et lenjeu conomique.

Figure 2.1. Diagramme des prestations

A qui ( quoi)

rend-il service ?

Sur quoi (sur qui)

agit-il ?

Operateur responsable

de dcharge et

manutention

Caisses

et bacs de

prformes PET

Mcanisme de dcharge

des PET

Dans le but daboutir une solution de dcharge plus rapide,

flexible et scurise


18

Le besoin peut tre reprsent par lacti-gramme niveau A-0 suivant :

WE WH Operateur

Caisse Pleines Caisses vides

Mcanisme de dcharge des PET

Figure 2.2. SADT du mcanisme de dcharge

2. Identification des fonctions de service Dans la figure Pieuvre ci-dessous nous prsentons les diffrentes fonctions de services ainsi que la relation entre les fonctions de service et le produit.

FS1 FS2

FS3

FS5 FS6 FS4

Figure 2.3. Diagramme pieuvre

Dcharger ou vider des

caisses de PET vers les bacs

des machines

A-0

Operateur PET

Bac de machine Mcanisme de

Charge/dcharge Palette en bois

Caisses

Espace de

travail Source

dnergie


19

Les fonctions de service sont :

FS1 : permettre loperateur de dcharger les caisses de PET.

FS2 : orienter les PET vers le bac de machine.

FS3 : sadapter la forme de palette.

FS4 : contenir la palette et assurer sa stabilit lors des mouvements de vidage.

FS5 : sadapter la source dnergie introduite dans le cahier des charges.

FS6 : se dplacer facilement dans le site de travail.

2.1. Caractriser et hirarchiser les fonctions de service

Dans le but de rdiger le cahier de charge fonctionnel du systme, en vue de sa conception, il faut identifier pour chaque fonction de service ses critres dapprciations et les niveaux assortis dune flexibilit.

Une fois que les fonctions de service sont identifies, il faut procder au tri crois : il sagit de comparer limportance de chaque fonction par rapport aux autres.

Tableau 2.1. Importance relative des fonctions de service

Note Importance de la fonction

1 Lgrement suprieure

2 Moyennement suprieure

3 Nettement suprieure

- Equivalent

Tableau 2.2. Formulation des fonctions de service

FS2 FS3 FS4 FS5 FS6 POINTS %

FS1 FS1 :1 FS1 :2 FS2 :2 FS1:3 FS1 :3 11 34

FS2 FS2 :1 FS2 :2 FS2 :3 FS2 :3 9 28

FS3 - FS3 :2 FS3 :3 5 15

FS4 FS4 :2 FS4 :3 5 15

FS5 FS5 :1 1 3

FS6 1 3

32 100


20

Figure 2.4. Histogramme des fonctions de service

0

5

10

15

20

25

30

35

40

FS1 FS2 FS3 FS4 FS5 FS6

Chapitre2.Conception et modlisation 2014

21

5. Slection de la solution Il sagit ici de dfinir et classer depuis le FAST les solutions rpondant le mieux aux fonctions de service partir des critres dfinis dans le cahier des charges. Cest dans ce sens quon se trouve face trois familles de solutions quon va prsenter puis slectionner la meilleure parmi elles.

5.1. 1re solution : Centre de dcharge

5.1.1. Principe

Ce systme sera plac dans une zone intermdiaire entre zone de stockage et site de travail, cependant, les bacs de machines vont tre quips des roues, car ils seront mobiles. La commande de ce systme peut tre motorise ou manuelle. Un mouvement de rotation va engendrer lenroulement de la corde (2) sur le tambour (1) dou le basculement de la benne porte caisse (11). Les deux figures si dessous illustres le principe ainsi que la partie commande propose.

1

2

3 5 6 4 7

1

2

3 8 7

9 10

11

Figure 2.5 Principe du centre de dcharge des PET : 1-Tambour 2-Corde 3-Chaine 4-Pignon 5-Couronne 6-Pignon 7-Volant 8-Basculeur 9-Chssis 10-bac 11-Caisse palettise


22

5.1.2. Avantages et inconvnients

Lavantage majeur de cette solution est la scurit de loprateur, car il peut la commander tout en respectant une distance de scurit, elle peut tre totalement automatique en tant commande par un moteur lectrique. Cependant linconvnient majeur est le faite quelle sera fixe donc la mobilit des bacs de machine va engendrer un nouveau flux de matire premire dans latelier ce qui peut faire naissance dautres problmes de logistique vue linsuffisance despace libre.

5.2. 2mme solution : Transfer pneumatique

5.2.1. Principe :

Vu que notre produit est sec, homogne et de poids trs lger (de 16 49g), le transfert pneumatique se prsente comme lune des solutions idales pour notre situation (Figure 2.6). Cette opration peut tre ralise soit lintermdiaire dune pompe palette (Figure 2.7) soit lintermdiaire dun compresseur qui assure un courant dair travers une tuyauterie. Les prformes sont distribus dans ce flux et sera transfrer vers le bac de la machine. Une troisime mthode consiste gnrer un changement de section qui augmente le dbit dun courant dair assur par un compresseur qui sera rattrap par laspiration des prformes (Figure 2.8).

Figure 2.6. Principe de transport pneumatique Figure 2.7. Pompe palette


23

Figure 2.8. Changement de section qui gnre laspiration

5.2.2. avantages et inconvnients :

La prcision est certainement lavantage majeur de cette solution vue la possibilit dajuster le dbit de transfert en revanche, cette solution est couteuse et ncessite une tanchit trs soigne ainsi quune force motrice importante

5.3. 3mme solution : Chariot lvateur basculeur

5.3.1. Principe :

Le principe est de basculer la caisse dans un niveau suprieur celui du bac en mme temps quelle sera leve. Ce systme peut tre command par un vrin, un systme vis/crou, pignon crmaillre, chaine courroie ou autre systme de transmission ou transformation de mouvement avec un pr actionneur adquat (motopompe, moteur lectrique, pompe pdale). Le schma si dessous illustre le principe de fonctionnement ainsi quune modlisation prliminaire ralise sous Catia afin de vrifier la cinmatique.

1

2 7

3

4

5 6

Figure 2.9. Principe du mcanisme basculeur des caisses: 1-Orienteur 2-caisse 3-vrin 4-palette 5-basculeur 6-chariot 7-bac


24

5.3.2. avantages et inconvnients :

Le chariot basculeur des caisses conformment aux autres solutions offre un milieu de travail ergonomique avec des postures confortables. Cette solution permet le levage et linclinaison simultane laide dun seul mcanisme. En dautres termes, ce chariot aide amliorer la productivit et limine les situations dans lesquelles loprateur est oblig se pencher ou se baisser.

5.4. Recenser et pondrer les critres

Les critres dcoulent du contrat respecter c'est--dire de lnonc des fonctions de service et de leur caractrisation. La pondration se fait en raison de limportance relative des fonctions et services et en correspondance avec lhistogramme des fonctions de service souhaites.

Le coefficient de pondration des critres (K) varie de 1 5 dune fonction utile fonction vitale, et la note attribue aux solutions N varie de 1 3 dune solution douteuse solution bien adapte.

Le tableau 2.3 prsente les critres de pondration des solutions.

Tableau 2.3. Critres de pondration des solutions nonces

Solution 1 Solution 2 Solution 3

K Note Total Note Total Note Total

Rapidit 2 1 2 3 6 2 4

Prcision 5 2 10 3 15 2 10

Encombrement 5 2 10 1 5 2 10

Cout 4 2 8 1 4 3 12

Mise en uvre 4 1 4 1 4 2 8

Mobilit 5 1 5 1 5 2 10

Maintenance 2 2 4 1 2 3 6

Total 43 31 60

La thorie de pondration suggre que lattribution des notes relatives chaque critre permet de rvler la solution la plus adquate notre cahier des charges. Partant de ce postulat, nous avons cherch classifier les fonctions de services assurs par les propositions suivant leurs


25

importances et conformit au cahier de charges. Nous avons alors entam cette dmarche pour rvler la solution adopter.

6. Conception et choix des solutions technologiques Le mcanisme chariot lvateur basculeur se compose essentiellement de 3 parties : - Le chssis

-La benne basculante porte caisse. -La partie commande de mouvement de basculement

6.1. Conception du chssis

Les critres du choix du type de chssis concevoir sont dtermins suivant :

-Lusage prvu et lenvironnement de travail

-Les dimensions du milieu extrieur et lamnagement du site de travail

-Les caractristiques du produit manipuler

Les critres propres aux chssis sont cits dans le tableau suivant :

Tableau 2.4. Critres satisfaire lors de la conception du chariot

Critres Dsignations Outil

Stabilit/scurit viter les versements ou les collisions

mme lorsque charg pleine capacit.

Maintenir centre gravit

systme dans le triangle de stabilit.

Maniabilit qualit dun chariot tre dirig

sans effort et efficacement.

Utilisation dune paire de roues mobiles et fixes.

Roulement composante de glissement/roulement. Ce critre est mettre en lien avec le degr de friction souhaite

Roues standards quipes de frein de scurit.

Robustesse rigidit, solidit, durabilit du matriel de fabrication en dpit dune utilisation

Chssis base des poutres en acier S235


26

intensive

Poids ( vide) poids des matriaux de fabrication Chssis fabriqu base des

poutres en U et creuses.

Niveau de bruit caractristiques acoustiques

des matriaux de fabrication Type dacier son de rponse faible

Confort de la prise prsence ou non dune poigne, adquation main/prise : design, forme, hauteur

Poigne de commande une hauteur normalise.

Dimensions inclut les appendices, les extensions, les parties qui dpassent (poignes, roues, etc.)

Dimensions convenables avec dimensions de rayons

6.1.1. Stabilit

Le principe fondamental de stabilit des chariots de manutention peut sexpliquer par le dessin du triangle de stabilit (Figure 2.10). Il est crucial de maintenir le centre de gravit combin lintrieur de ce triangle pour viter toute sorte de renversement. Si ce centre de gravit dplace suivant la flche jaune et quitte le triangle, le chariot bascule vers lavant. Sil sort suivant la flche rouge, il basculera latralement.

Figure 2.10. Traage du triangle de stabilit


27

6.1.2. Dplacement et manipulation

Rpondant au cahier de charges, le chssis doit tre mobile, pour cela deux roues fixes et deux rotatives standards sont utilises. La figure si dessous reprsente le dessin 3D des roues.

Figure 2.11. Roue standard

6.1.3. Robustesse et poids

Pour satisfaire le compromis robustesse, poids lger nous avons choisis utiliser de poutres creuses normalises sous la norme de rfrence NF EN 10219 suivants :

Poutre de base : Section rectangulaire (100x50x5) mm de masse linique de 9.7 Kg/m

Section en U (100x55x8x6) mm de masse linique de 9 Kg/m

Poutre de renfort : Section rectangulaire (50x50x5) mm de masse linique de 6.56 Kg/M

Section circulaire (50x20) mm de masse linique de 3.48Kg/m

6.1.4. Dimensions extrieures

Les dimensions extrieures du chssis doivent tre convenables avec les dimensions de la caisse, le bac de la souffleuse et des carts des rayons. Loptimisation des dimensions extrieures sert aussi faciliter la manipulation de lquipement. Il est notamment difficile de concrtiser lvolution des dimensions de notre chssis non seulement cause du passage par plusieurs tapes damlioration, mais aussi par sa liaison directe avec les dimensions du basculeur, alors quon peut citer les dimensions de dpart et arriv afin de valoriser le travail intermdiaire ; au dbut nous avons conu un chssis de dimensions (2000x1500x1600)mm puis nous lavons optimis (1600*1400*1500)mm.


28

6.1.5. Confort de la prise

La position ergonomique la plus favorable pour un dplacement facile et correcte du chariot ncessite une hauteur des poignes de prise qui est entre le coude et la taille estime de 900 mm du sol. La prise doit tre imprativement positionn dans la mme cot que les roues pivotantes comme indiqu ci dessous.

Figure 2.12. Niveau ergonomique des poignes de contrle

6.1.6. Solution obtenue

Nous avons abouti un chssis de dimension extrieure 1600x1400x1500mm dune masse totale de 150Kg (+/-10 kg pour visserie, cordons de soudure...).

Figure 2.13. Chssis


29

6.2. Conception de la benne basculante ou basculeur

Aprs avoir identifi les critres satisfaire lors de la conception du chssis, nous allons citer les critres concernant la benne basculante ou basculeur sous forme des donnes techniques suivantes :

Donnes techniques :

Angle de basculement maximale: 100 Capacit : 400 kg Hauteur de leve : 1600 mm hauteur des fourches basses : 85 100 mm Longueur totale : 1400 mm 1600mm Largeur totale : 1300 mm Hauteur totale : 1500 mm Dimensions dos (Lxl) : 1200 x 800 mm Dimensions des fourches (Lxl) : 800 x 100 mm cartement entre fourches : 500 mm Poids : 120 160 kg

Le basculeur doit contourner les caisses en sadaptant la palette en bois sur laquelle elle est situe lintermdiaire de deux fourches. Puis assure le basculement dun angle maximal de 100. Le dchargement des prformes doit tre progressif et orienter vers le bac de la machine. La forme et dimension du basculeur doit maintenir le centre de gravit dans le triangle de stabilit.

Aprs avoir modlis plusieurs formes sous CATIA et suivi le dplacement du centre de gravit ; nous avons abouti une solution optimale illustre dans la figure 2.14.


30

Figure 2.14. Basculeur

6.2.1. Choix coussinet de guidage

Le coussinet choisi est prsent dans la figure suivante. Elle est de dimensions :

ext int42, 35,L 50 = = =

Figure 2.15. Coussinet collerette

Ce coussinet est en bronze fritt structure poreuse. Il est imprgn dhuile jusqu saturation. Sous leffet de la rotation de lalsage lhuile cre la lubrification.


31

6.3. Choix de la partie oprative

Dans ce qui suit nous allons choisir la source dnergie, le pr actionneur et lactionneur pour la commande du basculement de notre benne.

6.3.1. Systme dentrainement

Le rle de ce mcanisme est dentrainer la benne en mouvement de basculement jusqu un angle maximal de 100. Le mouvement va tre contrl instantanment par loprateur qui peut soit inverser ou bloquer le mouvement. Il doit alors tre stable rapide et prcis.

6.3.1.1. 1re solution : Systme vis-crou

La translation est obtenue par un systme vis crou. Ce mcanisme est command par un moteur lectrique. Le basculeur est muni dun crou pour convertir le mouvement de rotation de vis une translation.

On ne peut exploiter ce mcanisme quaprs avoir y effectuer des amliorations, car chaque point du basculeur ; dcrit un arc de cercle. Il existe deux solutions pour adapter ce mcanisme :

-Lensemble vis-moteur est articul au bti dun ct, lcrou est articul au basculeur dautre ct.

-Conserver la fixation droite de lensemble vis crou et ajouter deux biellettes qui vont suivre la trajectoire circulaire (figure 2.16).

Figure 2.16. Entrainement par systme vis crou

Biellette

s

Ecrou


32

Les avantages et inconvnients de lentrainement par vis crou sont :

Tableau 2.5.Avantages et inconvenants du systme vis-crou

Avantages Inconvenants

- grande prcision de guidage, - ce mcanisme permet dexercer des forces et des pressions importantes.

- montage complexe,

- rendement faible, - lubrification gnralement indispensable, - le systme est lent moins davoir un pas de vis important.

-Prix lev

6.3.1.2. Entrainement par pignon criaillerie

Leffort de basculement va tre obtenu par lintermdiaire dun mcanisme pignon crmaillre. Loprateur mne en rotation, soit manuellement laide dune manivelle ou par lintermdiaire dun moteur lectrique, une roue dente qui va engendrer la translation de la crmaillre. Tenant compte du problme prcdemment mentionner qui est la trajectoire circulaire de point de contact basculeur-crmaillre ; cette dernire sera articule du cot de la benne. La figure ci-dessous montre le mcanisme dentrainement ainsi que son montage sur le chariot.

Figure 2.17. Entrainement par systme bignon crmaillre


33

Les avantages et inconvnients sont :

Tableau 2.6.Avantages et inconvnients du systme pignon-crmaillre


-Le non glissement lors de transformation de mouvement

-Force gnre importante

-Ncessit de lubrification importante -Ajustement prcis lors de montage -Facteur dusure important

6.3.1.3. Entrainement par vrin

Cette solution consiste utiliser un vrin hydraulique simple effet pour basculer la benne. Le vrin doit tre double articul pour suivre la trajectoire circulaire. Les deux articulations du basculeur vont tres assurer par deux chapes mcaniques lune fie au chssis, lautre au basculeur. La figure 2.18 ci dessous prsente le montage dun vrin levier manuel.

Figure 2.18. Entrainement par systme hydraulique

R Dsignation

1 Ensemble bras manivelle

2 Crmaillre

3 Roue dente

4 Coussinet

5 Glissire de crmaillre articule sur bti

6 Bti


34

Nous citons ainsi les avantages et inconvnients de ce mcanisme :

Tableau 2.7. Avantage et inconvnients entrainement par vrin

Avantages Inconvenants

- faible encombrement, - montage simple,

-rapidit, -cout moyen.

-prcision moyenne,

- fuites des huiles et usure des segments.

Dpres les tableaux si dessous qui prsentent les avantages et inconvenants des solutions, nous pouvons procder une comparaison pour choisir la plus adquate notre mcanisme.

Tableau 2.8. Critre de choix du systme dentrainement

Systme vis crou Pignon-crmaillre Vrin hydraulique

Rapidit + + +

Prcision ++ ++ +

Encombrement + - +

Simplicit de montage

- - ++

Cout - + +

Total 4+ 4+ 6+

Donc on va choisir le systme vrin hydraulique, car il prsente plus davantages que les deux autres systmes.

6.3.2. Solution retenue

Lassemblage des diffrentes solutions technologiques choisisses ci-dessus nous a permis de dlimiter la solution adopter illustrer dans la figure 2.19.


35

Figure 2.19. Chariot basculeur de caisses

6.4. Partie commande

La partie commande est choisie en correspondance avec la partie oprative. Dans notre cas, on doit se disposer dun moteur lectrique, Dune pompe huile, dun distributeur hydraulique et dune source dnergie lectrique ainsi que des accessoires hydrauliques et de fixation du vrin.

7. Conclusion Dans ce chapitre, les diffrents constituants du mcanisme ont t prsents en tenant compte de : -Choix de la matire premire la plus approprie

-Les oprations de fabrication

-Les lments standards

-Le prix de revient

-La simplicit de mise en uvre.

Dans le chapitre suivant, nous allons dimensionner les pices les plus sollicites.

4-FAST

1 2

3

4

5

Mcanisme de dcharge des PET FS4 : Contourner la caisse.

FS3 :Sadapter la forme

inferieure de la palette en bois.

FS2 : Orienter les PET vers les

bacs

FS1 : Permettre loperateur de

dcharger les caisses de PET

dans les bacs de machines.

FS5 :Sadapter la source

dnergie.

FS5 : Se dplacer facilement

dans le site de travail.

Soulever la caisse jusqu'

lhauteur du bac

Basculer la caisse aprs

lattente de niveau adquat

Forme dentonnoir.

Tle plie en forme

prismatique.

Fourches de levage

Utiliser un convertisseur

dnergie lectrique en

mcanique.

Fixation par barres rglables

Systme roulant.

Convertisseur de lnergie

humaine.

Forme de centenaire.

Ergonomie.

Palan lectrique(1)

Mcanisme ciseaux(2)

Motopompe.

Gerbeur lectrique

Exploitation du poids

Manuelle

Mcanique

Dplacement

motoris

Raille

Chariot

Pompe main ou

pdale

Volant+organes de

transmission de

puissance.

Moteur lectrique.

Benne basculante

Volant+ (Engrenage/

pignon chaine/pignon

crmaillre/corde et

tambour)

Vrin+excentrique

Vis crou articul

articul(3)

Inclinaison du chariot

Roues pivotantes

Moteur+organe de

transmission

Orientation poids

Transfrer les PET Pneumatique(5)

Mcanique

Moteur lectrique.

Pompe vide palettes

CHAPITRE 2. CONCEPTION ET MODELISATION

DU MECANISME

CHAPITRE 3. DIMENSIONNEMENT MECANIQUE ET HYDRAULIQUE

Chapitr3.Dimensionnement 2014

38

1. Introduction Afin dassurer un bon tenu en service du systme tudi, une vrification des conditions de rsistances mcaniques des diffrentes pices les plus sollicites est ncessaire.

Cest dans ce sens que nous allons dans ce chapitre dimensionner quelques pices et structures et valider les choix dimensionnels effectus dans le chapitre prcdent.

Nous allons entamer cette partie par llaboration du schma cinmatique et du calcul statique. Nous procdons ensuite par les formules de rsistance mcanique et la mthode dlments finis avec le recours quelques logiciels de calcul.

Comme cette partie est complmentaire de la partie prcdente, nous allons essayer de traiter chaque fois quil est possible deux ou plusieurs cas pour largir le champ de slection et adapter ce mcanisme des autres problmes de manutention.

2. Critre de rsistance de Von Mises [3] Pour dimensionner les diffrentes pices et structures, nous utiliserons le critre de Von Mises. Nous allons vrifier que pour tout lment de la structure, la contrainte quivalente de Von Mises est infrieure la contrainte admissible adm.

q adm (1)

La contrainte quitante de Von Mises scrit :

q ( )2 2 2 2 2 2X Y Z Y x x Z Y Z XY XZ YZ 3 3 3 + + + + +

(2)

Avec

: Tenseur de contraintes, scrivant :

x XY XZ

XY Y YZ

XZ YZ Z

=

(3)

Pour un problme statique cette contrainte scrit :

eadm

R

s= (4)


38

Avec

Re : Limite lastique des matriaux en (MPA)

S : le coefficient de scurit choisis partir du tableau 3.1

Tableau 3.1. Choix du coefficient de scurit

Coefficient de scurit Conditions gnrales de calcul.

1.5 2 Hypothses de charges survalues.

2 3 Construction o lon cherche la lgret.

3 4 Bonne construction, calculs soigns.

4 5 Construction courante (lgers efforts dynamiques non pris en charge).

5 8 Calculs sommaires, efforts difficiles valuer.

8 10 Matriaux non homognes, chocs.

10 15 Choc trs importants, difficilement connus.

Pour la conception de llvateur basculeur, nous situons dans le cadre de condition de bonne construction et dun calcul soign. Nous choisissons alors un coefficient de scurit gale 4.

La limite lastique au cisaillement est calcule partir des relations dfinies dans le tableau suivant :

Tableau 3.2. Relation entre Re et Reg

Matriaux Relation

Matriaux doux (Re


38

3. tude statique

3.1. Schma cinmatique

Le schma cinmatique de la figure 3.1 se compose principalement de quatre classes dquivalences lies entre elles par quatre liaisons comme suit :

L1 : liaison pivot entre chssis (1) et basculeur (2). L2 : Liaison pivot entre benne (2) et piston (3). L3 : liaison glissire entre cylindre (4) et piston (3). L4 : liaison pivot entre chssis (1) et cylindre (4)

Les donnes ncessaires pour la modlisation gomtrique et le calcul statique sont :

Distance entre L1 et L2 est dx1=0.13m sur laxe X, dy1=0.33m sur laxe Y.

Distance entre point dapplication du poids et le centre de la liaison L1 est dP=0.9m sur laxe Y.

Figure 3.1. Schma cinmatique de la position initiale


38

3.2. Calcul des ractions au niveau des liaisons

Nous proposons de dterminer les ractions au niveau des liaisons pour la position initiale du mcanisme. Ca sera utile pour dimensionner les diffrentes sections des axes et poutres utilises. Nous avons isol le basculeur et lui appliquer le principe fondamentale de la statique comme suit.

Figure 3.2. Isolement du basculeur

PFS :

2y 1y

2x 1x

2x y2 2y x 2 p

1x y2 1y x2 p

1x 2x 1 2

1y 2y

F F P 0 (5)F F 0 (6)F d F d P d 0(moments par rapport L1) (7)F d F d P d 0(moments par rapport L2) (8)

Avec

F et F sont les projectionsde F et F sur L 'axe Xet F et F sont la projection

=

=

+ = + =

1 2sde F et F sur l 'axe Y

2y 1y

p 1x y22y

x2

(5) F F PP d F d(8) F P

d

= +

= +


38

1x1x

1x 2x

4000 0.9 F 0.33AN : F .0.33 4000.0.9 4000 00.13

F F 12720N

+ + =

= =

1y

1

4000 0.9 20000 0.33et F 4596 N

0.13d'ouF 12720 4596 12733ND'ou F1 12733N et F2 16733N (9)

= =

= + =

= =

Une vrification des calculs tait faite par le logiciel Mecaplan conduise aux rsultats exactes suivantes :

Tableau 3.3. Rsultats de ltude statique

Position Efforts L1 (KN) Efforts L2 (KN) Course Vrin (mm)

Initiale

F1x=-12.720 F1y=-16.507

Norme=12.733

F2x=12.720 F2y=5.107

Norme=16.733

C=550

Intermdiaire F1x=-3.461 F1y=-10.23 Norme=10.6

F2x=3.46 F2y=14.024

Norme=14.444

Finale

F1x=-14.5 F1y=-6.85 Norme=7

F2x=14.49 F2y=10.845 Norme=11

Max=13 Max=17

On va de mme procder une vrification par la mthode graphique des efforts dans le cas de la position intermdiaire. Le basculeur a t isol et les directions des forces y appliques ont t prsentes. Ensuite le triangle des forces trac sous chelle nous a permis de rvler les diffrentes normes des forces. tant donn que chaque pice, dans le cas dun problme plan, est sollicite soit trois forces concourantes, soit deux forces opposes ou trois forces coplanaires. Les intensits de forces traduites par cette mthode graphique sont alors suffisantes pour trouver tous les autres.


38

Figure 3.3. Etude graphique

3.3. Dimensionnement des axes darticulations

Les articulations sont des assemblages qui permettent deux pices :

-Soit une possibilit de rotation autour dun axe : articulation cylindrique,

-soit une possibilit doscillation autour dun point : articulation rotule.

Notre objectif dans cette partie est la dtermination des diamtres des axes utiliss pour les diffrentes articulations.

Hypothses

-Toutes les liaisons pivots sont considres comme parfaites,

-Ltude est ralise pour le chargement maximal.


38

3.3.1. Dimensionnement des axes darticulation du vrin :

Le matriau utilis pour ces axes darticulation est lacier C45, ce matriau est mi-dur, ces caractristiques mcaniques sont illustres dans le tableau suivant :

Tableau 3.4. Caractristiques de lacier C45

Caractristiques mcaniques Valeurs

Module dlasticit E (MPa) 210000 Limite la rupture Rm (MPa) 710 Limite dlasticit Re (MPa) 375

Allongement A% 15

La charge maximale applique au niveau des axes du vrin est gale Fv=17KN

Figure 3.4. Sollicitation sur les axes de supporte du vrin

La condition de rsistance au cisaillement [3]:

vpg

F R2S

(10)

Avec :

2dS4

pi=

: Surface cisaille

0.7 ReRpgs

= : Rsistance pratique au glissement

s=4 : coefficient de scurit

Re : Resistance lastique la traction

Fd 2 .4Rpg

pi

(11)


38

Do d>10.74mm (12)

3.3.2. Dimensionnement de laxe darticulation du basculeur

La rotation de la benne basculante porte caisse par rapport aux chssis fixes est assur par deux contactes mcaniques cylindre-cylindre lun est fix sur le basculeur men dun mouvement de rotation relative par rapport un autre fixe sur le chssis (figure3.5).

Figure 3.5. Articulation entre chssis et basculeur

Dans ce cas laxe est soumis une sollicitation compose. Nous supposons que les deux tubes

exercent une charge repartie tel que Fb 6500q 32.5N / mm2L 2 100

= = =

avec Fb est la force

exerce par le basculeur et L est la longueur du contact. La modlisation de la structure sur le logiciel RDM6 donne les moments flchissant et les efforts tranchant illustres dans les figures si dessous :


38

Figure 3.6. Effort tranchant

Figure 3.7. Moment flchissant

La condition de rsistance de laxe est vrifie par le critre de vont mises puisquon ait dans le cas dune sollicitation compose do [8]:

q adm (1 )

q ma

3

max

x ) 3 (14)3.16 Tmax32d (15)

Mf Rpe

(= +

+pi


38

Avec

max

max0GZ

max

4 4

GZ 0 max

y T maxMf max , II

y

d d dI , I , y64 32 2

Re 375Rpe : Rsis tan cepratique la tractions 4

s 4 : coifficient descurit

= =

= pi = pi =

= =

=

Do

d24 ,68mm (16)

3.4. Dimensionnement de lpaisseur des chapes supports du vrin

La moiti du support de vrin (Figure 3.8) est considre comme tant une plaque troue et soumise daprs le calcul statique un effet Fv=Fv/2=8.5KN

Figure 3.8. Chape mcanique pour guidage du vrin

Le matriau choisis est le E360, avec Re=360MPa

0.7 Re ReRpg 63MPa et Rpe 90MPas 4

= = = =

Resistance la traction [3]

( )( ) ( )v

ct

F'Kt Rpe 17D d .e

( )( )v

ct

ct

F'e Kt

D d .Rpee 14.39mm (18)

=

=


38

Avec

Kt : facteur de concentration de contraintes gale 2.25

Resistance au cisaillement

( )v

cc

cc

cc

F' Rpg (19)2 D d .e

4 8500e

2 (50 20) 0.7 360Donce 3.18mm (20)

=

=

Resistance matage

v

cm

vcm

cm

F'4 Padm (21)d.e

4 F'e

d PadmDonce 5.75mm (22)

pi

=

pi

=

3.5. Vrification de la poutre inferieur du chssis la flexion

Nous supposons que la charge est exerc dune faon perpendiculaire et repartie sur la poutre

tel que Fb 6500q 32.5N / mm2L 2 100

= = =

avec Fb est la force exerce par le basculeur et L est

la longueur de la section de la poutre. Nous rappelons que la poutre est de type UPE 100x55x8x6mm.

Figure 3.9. Modlisation du chargement

La modlisation de la structure sur le logiciel RDM6 donne la contrainte maximale illustre dans la figure suivante:


38

Figure 3.10. Vrification de la rsistance par la mthode dlments finis

La condition de rsistance de laxe est vrifie par la relation suivante :

max


38

Diagramme deffort tranchant :

Ty p.L 2.5 800 2000N (24)= = =

Avecl 800mm:longueurdela poutre

2000p 2.5N / mm:Coefficient dechargement800

=

= =

Diagramme des moments flchissant :

GZ

GZ

p.lMf2

Mf 1280N / m

=

=

La condition de rsistance au flexion est :

max

GZ max

GZ

max

Rpe (25)Mf

RpeIY

43 2

max

1280 10 3.91 242.3 10 n / cm 24.3MPa Rpe 29.37

206

= = = =

Sachant que lacier des poutres utilises est le S235 de caractristiques mcaniques :

Module d'Young = 210000 MPa

Coefficient de Poisson = 0.3

Limite lastique = 235 MPa

Ty

X

B

MfGZ


38

3.7. Dimensionnement des assemblages

Le matriau adopter pour la visserie est le S235 non trait de rsistance lastique gale 235MPa.

3.7.1. Vis de fixation de la chape de vrin

Les chapes vrifies prcdemment (chap3.3.4) sont assembles avec le chssis par six vis.. Ces vis sont sollicites au cisaillement.

La condition de rsistance au cisaillement est vrifie partir de la relation suivante :

V

V

F' Rpg (26)n.S

F' Rpg4. dd 4.79mm (27)

pi

3.7.2. Vis de fixation des triangles de montage

De mme, on utilisera quatre vis pour cet assemblage. La force est gale 8.5KN. La condition de rsistance au cisaillement donne :

vF Rpg (28)4. dd 4.79mm (29)

pi

3.7.3. Vis de fixation des supports de guidage

Les deux supports de guidage sont sollicits une force gale 13KN. La condition de rsistance au cisaillement donne :

bF Rpg (30)4. dd 4.19mm (31)

pi

3.7.4. Dimensionnement goupille cylindrique [4]

On admet quun dcalage du vrin par rapport son axe principal de 20 est possible lors de basculement. Cela engendre une composante axiale Fvx (figure 3.12). La goupille darrt est alors sollicite au cisaillement.


38

Figure 3.12. Protection de leffort du vrin sur la composante axiale

La composante axiale est alors gale :

( ) ( )x

x

Fv Fv cos 70 32Fv 4.1KN (33)

=

=

La rsistance au cisaillement donne :

xFv Rpg (34)n.S

dS4

pi=

d=1.18 mm (35)

0.5 160Rpg avec s : coifficient de scurit gale 2s

=

Daprs [4] nous aurons :

d = 2.4mm : Diamtre de la goupille

g = 13mm : Diamtre trou de passage

l = 71mm : longueur de la goupille

Figure 3.13. Goupille cylindrique fondu


38

3.7.5. Dimensionnement de la force maximale admissible pour le soudage

Les renforts sont souds au chssis par 4 cordons de soudure dpaisseur 5 mm une longueur de 50 mm pour les carres et de primtre des renforts circulaires. Llectrode utilise est de type E56 dune rsistance lastique gale 560Mpa.

Force maximale admissible par renfort carr :

(36)

Force maximale admissible pour renfort circulaire :

moyT F 0.8 Re

S d s

3.2 560F 503

= =

5F 9 .7 1 0 N (37)

Avec

F : Force applique au cordon de soudure en N

S : Section cisaille en mm

Re : Rsistance lastique

s=3 : coefficient de scurit

3.8. Vrification des dimensions du coussinet [4]: Le coussinet a collerette choisi est de dimension 42x35x3.5 .Pour quil rsiste il faut que :

P V 1.8 = (38)

Avec

P= charge radiale / d.L

V : Vitesse linaire dun point du priphrique de lorgane mobile en m/s

Do

moy

5

T F 0.8 Re

S 4 L e s3.2 560F 50 5

3F 1.510 N

= =


38

6500 0.04 0.14 1.835 50

= 20 est :

adm pc2

ce

c

p

SF R . (54)2.( )

Avec

Rs

=

=

e=235 MPa

s=2

Do Fadm=29.9KN < Fc qui est gal 118.6KN, donc la tige rsiste bien au flambement.


38

5.2. Choix groupe hydraulique

Les diffrents composants du groupe hydraulique qui assure le fonctionnement de notre vrin sont prsents dans la figure

Figure 3.22. lments dun groupe hydraulique

5.3. Choix de la pompe

La centrale hydraulique utilise fonctionne avec une pression maximale gale Ps=250bar.Apartir de cette pression et daprs lannexe 6, notre choix est limit une pompe a engrenage de rendement 0.9 et de frquence de rotation maximale N=1500 tr/min.

Figure 3.23. Pompe engrenage

La vitesse de sortie de la tige du vrin est gale V=0.04m/s.

Le dbit de la pompe est donn par lexpression suivante :


38

Q = S1.V

Avec

S1 : Surface du piston du vrin,

V : Vitesse de sortie de la tige de vrin.

Donc

Q(40mm)=0,5.10-4m3/s=0,79.10-4.1000.60=3.01 l/min (56)

Q(50mm)=0,79.10-4m3/s=0,79.10-4.1000.60=4.74l/min (57)

La cylindre de la pompe est dtermine partir du dbit Q et de la frquence de rotation N :

3

3

QCyl (58)N

DoncCyl 2 10 l / trCyl 3.310 l / tr (59)

=

=

=

5.4. Choix du moteur lectrique

Le moteur lectrique est caractris par sa frquence de rotation exprime en tr/min et sa puissance en KW. La vitesse de rotation est gale N=1500 tr/mi, alors que la puissance est dtermine partir de lannexe 7. Donc une pompe avec un dbit qui est gale 5 l/min et une pression est gale 250 bars correspond un moteur dont la puissance est gale 2.5KW

5.5. Les combinions possibles

Nous avons suivi les mthodes ci-dessus pour largir le champ de choix, les rsultats sont classs dans le tableau suivant

Tableau 3.5.Caractristiques hydrauliques de chaque diamtre

Section

(mm) Pth (bar) Ps (bar) Effort

(KN) Dbit

(l/min) Cylindre

(10-3L/tr) Puissance(KN)

40 250* 200 25 3.01 2 2.2

40 181 151 19* 3.01 3.3 2.2

50 115 96 19* 4.71 3.3 2.5

*Valeur fixe


38

Le vrin choisi est un vrin standard diamtre 40mm . De plus, du fait de son prix rduit par rapport aux autres vrins, ce type ne ncessite pas des accessoires de fixations spcifiques. Ce type de vrins peut travailler des hautes pressions (jusqu' 300 bar) dans des conditions mcaniques et denvironnement svres grce aux revtements de surface.

5.6. Choix du distributeur

Le distributeur choisi est commande manuelle par levier centr ferm montr dans la figure ci-dessous :

Figure 3.24. Distributeur commande manuelle

5.7. Choix du filtre

Lhuile sous pression circulant dans linstallation contient des impurets qui peuvent provoquer des pannes et des usures des composants savoir le piston et les segments amenant des fuites. Il faut alors purer lhuile en utilisant un filtre dont le degr de filtration est compris entre 5 et 10 microns.

Figure 3.26. Filtre huile

5.8. Choix limiteur de pression

Le limiteur de pression permet de limiter la pression dans un systme hydraulique un maximum pr rglable. Dans tout systme hydraulique, il est ncessaire de monter un limiteur de pression qui protge le systme en cas de surpression. Il est mont en aval de la pompe.


38

Figure 3.27. Limiteur de pression

5.9. Choix des tuyaux

Sur un systme hydraulique, les composants sont relis entre eux par des tuyauteries munies de raccords. Il existe deux sortes de tuyauteries entrant dans la constitution des systmes hydrauliques :

-Les tuyauteries souples : Elles sont destines aux systmes comportant des lments mobiles comme les engins de travaux publics, les lvateurs, etc. Elles sont en caoutchouc synthtique avec, lintrieur, une armature mtallique.

-Les tuyauteries rigides : Ces tuyauteries sont destines aux systmes fixes, comme les presses, les machines-outils, etc. Elles sont en acier, en cuivre ou en alliage daluminium.

Nous sommes dans le cas dun systme comportant des lments mobiles, les tuyauteries sont souples. Le choix de diamtre intrieur et de la section de tuyauterie se fait lintermdiaire de labaque .Donc avec un dbit dhuile gale 5 L/min calcul prcdemment ( chap3.5.3) et une vitesse recommande dans les lignes de pression choisie gale 3m/s, nous obtenons un diamtre intrieur de tuyau qui est gal 9.6 mm.

5.10. Capacit rservoir

Le volume de fluide dans une installation hydraulique dpond de :

-Puissance moteur

-Dbit de la pompe Qpompe -Volume des rcepteurs V

-Application : le coefficient x=1.5 dans le cas dutilisation squentielle

Le volume est gale :


38

pompe

3

V x Q 10% V (60)dV 1.5 5 10% C4

V 105.67cm 11L (61)

= + pi

= +

=

On choisira alors un rservoir de capacit suprieure 11L pour remdier aux fuites et aux chauffements probables. Soit un rservoir 15L

5.11. Schma hydraulique

Le schma hydraulique suivant prsente les composantes du circuit ainsi que le sens de circulation dhuile en sortie et en retour des pistons.

Lhuile stocke dans le rservoir (1) passe par la pompe anime en rotation par le moteur lectrique (4) vers le distributeur mcanique levier retour par ressort (7). Le distributeur peut occuper deux positions. A ltat initial lhuile revient au rservoir. Le dclanchement lintermdiaire du levier de permet lhuile de faire sortir le piston des vrins (8) et soulever la charge. Il est ncessaire de monter un limiteur de pression (6) pour protger le circuit contre un enlvement excessif de la pression. Le manomtre (5) sert contrler la pression.


38

Figure 3.28. Circuit hydraulique

6. Conclusion Dans ce chapitre nous avons dimensionn et vrifi la rsistance des pices les plus sollicites par la mthode de rsistance des matriaux et la mthode dlments finis.

Nous avons de mme dimensionn le vrin ainsi que les autres composants hydrauliques utiliss et laborer un schma hydraulique.

Ce ci nous a permis dlaborer un dossier technique contenant les plans des pices et assemblages ncessaire la fabrication.

69

Conclusion gnrale

lissu de ce projet, on peut conclure que le travail fait pendant cette priode est parvenu satisfaire pratiquement les conditions mentionnes dans le cahier de charges industriel.

En effet, on a choisi, conu et modlis la solution optimale adquate aux conditions extrieures et contraintes du processus tudi.

Ce travail a t essentiellement reparti sur trois chapitres :

Dans le premier chapitre, nous avons prsent la socit X-Pack puis nous avons tudi de prs le processus de dcharge des caisses de prformes qui nous a permis de dlimiter le champ de travail. Ce chapitre a t achev par la recherche bibliographique sur les mthodes et les quipements de manutention ainsi quune valuation des contraintes extrieures du processus tudi.

Au cours du second chapitre, nous avons choisi et conu la solution optimale. Le choix tait bas sur lannonce des critres de pondrations. Quant la modlisation, elle tait faite sur Catia.

Le troisime chapitre est destin aux dimensionnements mcaniques et hydrauliques. On a suivi ce calcul de dimensionnement par la vrification par lments finis.

Pour finir, nous avons labor un dossier technique qui contient les plans des dessins ncessaires la fabrication, les caractristiques de la partie oprative et une tude conomique.

70

Glossaire PET : Polyetilene trphtalate

q : Contrainte quivalente de Von Mises (MPa)

adm : Contrainte admissible (MPa)

Re : Rsistance lastique (MPa)

s : Coeifficient de securit

Rpe : Rsistance pratique au glissement (MPa)

Fv : Force applique par le vrin

Fb : Force applique par le basculeur

Mfmax : Moment flchissant maximal (Nm)

Tmax : Effort tranchant (N)

IGZ : Moment quadratique (cm4)

Padm : Pression admissible (MPa)

p : coefficient de chargement N/m

V : vitesse linaire m/s

Ps : Pression de service (bar)

P : Pression dalimentation (bar)

Fth : Force thorique dveloppe par le vrin (N)

L : longueur vrin (mm)

K : Facteur de course

Fc : Force critique de flambement (N)

: lancement c : lancement critique Q : Dbit de la pompe (L/min)

71

Bibliographie

[1] http://www.X-Pack.com.tn.

[7] Centre nationale de la recherche scientifique. Cahier prvention des risques de

manutention 2003.

[3]R. GOURHANT ,Guide de calcul mcanique 1998

[4] CHEVALIE A,Guide de dessinateur industriel, Hachette technique 2004 .

[5] Cuvelier L., Dimensionnement et choix des vrins , Guide des automatismes.

[6] Support de cours hydraulique.

Logiciels

Catia V5

Mecaplan

RDM6

Automation Studio 5

72

ANNEXES

73

ANNEXE 1

74

ANNEXE 2

75

ANNEXE3

76

ANNEXE4

77

ANNEXE5

ANNEXE6

ANNEXE7

78

79

ANNEXE8

80

ANNEXE9

Dossier technique Ce dossier comporte 9 documents numrots de DT1 DT9 comme suit :

Principe de fonctionnement ................................................................................................... DT1

Dessin densemble position ferme ....................................................................................... DT2

Dessin densemble position ouvert........................................................................................ DT4

Chape de fixation de vrin .................................................................................................... DT5

Triangle dassemblage ........................................................................................................... DT6

Support de guidage ................................................................................................................ DT7

Caractristiques du groupe hydraulique ................................................................................ DT8

Etude conomique ................................................................................................................. DT9

DT1 : Principe de fonctionnement

Le chariot lvateur basculeur est conu pour le chargement dchargement des caisses en prformes PET. Il est constitu essentiellement de 3 parties :

-Chssis : Il occupe le rle de la base roulante de chariot ainsi quun faut chssis sur le quel repose la benne basculante. Le systme hydraulique est fix sur le chssis du cot de la benne afin de produire un contre poids lors du basculement(DT3).

-Basculeur : comme il indique son nom, cette partie contour la benne et la bascule dun angle de dcharge gale 100(DT4).

-Vrin : cest lorgane qui commande la benne basculante en rotation. Le dplacement de la tige de vrin est traduit par un mouvement de rotation grce la fixation articule des deux cotes(DT2).

AH BG

DE CF BG AH

32

3

2

41

4

1

ECHELLE

1:15POIDS

300NUMERO DE DESSIN

1 DT2

FORMAT

A3 ENSIT

VERIFIER PAR

AMARA SOFIEN

CONCU PAR

HANAFI M.W

CHARIOT BASCULEUR DES CAISSES

1600

1400

AA

7

8

10

11

AA

1600

1280

200

1

2

3

4

5

6

9

14

12

13

14 2 AXE DARTICULATION DE VERIN

C45

13 2 DISPOSITIF DE GUIDAGE EN ROTATION

S235

12 2 TRIANGLE DE FIXATION S235 11 1 DISTRIBITEUR A LEVIER 10 1 GROUPE HYDRAULIQUE 9 1 TIGE C45 8 1 POIGNEE ALUMINUM 7 1 BATTERY DYNAMIQUE 6 2 ROUE FIXE 5 2 ROUE PIVOTANTE 4 1 CHAPE DE FIXATION

ARRIERE

3 1 VERIN HYDRAULIQUE C35 cylindre et Cu51 8P tige

2 1 BASCULEUR S235 1 1 CHASSIS S235

Repre Nombre Rfrence Matriau NOMENCLATURE

AH BG

DE CF BG AH

32

3

2

41

4

1

ECHELLE

1:12POIDS (kg)

300NUMERO DESSIN

1

FICHE

FORMAT

A3 ENSIT

VERIFIER PAR

A.SOFIEN

DESIGNED BY:

HANAFI.M.WCHARIOT EN POSITION OUVERTE

DT3

3069

1732

551

79.01

200200

100

1600

1275

tolrence gnrale: 0.2

AD

BC AD

32

3

2

41

4

1

ECHELLE

1:2POIDS(KG)

0.4NUMERO DE DESSIN

5FICHE

DT5

FORMAT

A4 ENSIT

REVISER PAR

SOFIEN AMARA

CONCU PAR

HANAFI.M.W

Chape de fixation

140

100

10

C

0.1 C

A A

B

B

1550

10

57

AA

a5 50 111

2050 25R

BB

a5 80 111

Tolrance gnrale :0.2

AD

BC AD

32

3

2

41

4

1

ECHELLE

1:1POIDS(kg)

1.21NUMERO DESSIN

6

FICHE

DT6

FORMAT

A4 ENSIT

VERIFIER PAR

A.SOFIEN

CONCU PAR

H.M.W

Triangle de fixation

10

25

25

4

10 4

480

a5 18 111

8

120

40

25

10

a5 60111

Tolrance gnrale : 0.2

AD

BC AD

32

3

2

41

4

1

ECHELLE

1:3POIDS(kg)

2.21NUMERO DE DESSIN

7

FICHE

TAILLE

A4 ENSIT

REVISER PAR

AMARA SOUFIEN

CONCU PAR

HANAFI.M.WDISPOSITIF DE GUIDAGE EN ROTATION

DT7

10

50

8 502

00

1 0

a5 80 111

A

A

40

1080

20

20

55

AA

10

8 0

55

TD9.Caractristiques hydrauliques

Composant caractristiques Moteur Puissance :2.5 KW

Pompe Pression : 250bar Dbit : 5L/min

Vrin Type : Simple effet Course : 600mm Diamtre piston : 40mm

Distributeur Type : 5/3 centr ferm Commande : Manuelle

Manomtre Pression : 220 bar Rservoir Capacit : 15L

DT9.Etude conomique

Ltude conomique est indispensable lors de la ralisation dun tel projet. Elle permet de sinformer sur linvestissement ncessaire pour la mise au point dun tel quipement. Le cout total doit tenir compte de la somme des couts suivante : - cout de la matire premire, - cout de la fourniture, - cout de sous-traitance.

Le tableau suivant rsume les prix de matire premire et pices ncessaires :

Rfrence Dsignation Nb Qt Unit Prix unitaire

(DT)

Montant

H.T (DT)

Matire premire UPN100 Poutre en U en S235

100x50x8x6 5 30 m 20 100

TRD 50*4 Tube rond diamtre 50mm, paisseur 4mm en S235

5

30

m

10

50

ECMU-CSR - AXE 40

Axe plein diamtre 40mm en XC55

2

2

m

21

42

ECMU-CSR - AXE 20

Axe plein diamtre 20mm en XC55

1

1

m

9

18

XC 800x150 Acier C45 plat 400*300*16

1 14.7 Kg 2.890 42.48

XC 1000x300 Acier C45 plat 100*300*16

1 3.74 Kg 2.890 10.8

1325M2083 Roue 20 4 4 50 200 Fourniture

SES40550 Vrin 40/50/30 2 2 320 640

IE2 2.2KW Moteur triphas 2.2 KW

1 1 180 180

POMPE GROUPE 3.7CM3/TR

Pompe hydraulique 1 1 140 140

AF2500 Distributeur hydraulique 3/2

1 1 108 108

Manomtre 0-10 bar Manomtre 1 1 40 40

Filtre 25L/min Filtre 1 1 57 57

F87 12076 FG Flexible 1 10 m 9.800 98

BL620DXH Bidan 20L 1 1 60 60

Rservoir 15L Rservoir 1 1 70 70

Sous-traitance 300

Cout total hors taxe 2156.2

TVA (10%) 185.62 Cout total 2371.9

Documents

Rapport projet fin d'étude