Conception d`un banc d`essai pour les pompes des - BEEP-IRD
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1. Caract ristiques m caniques E z210000 MFa Re 255 MPa Ta 15 MPa contrainte de cisaillement admissible Les boulons de serrage en acier trait XC 42 0FNOR nr fLi523 ou SAE 1042 Caract ristiques m caniques E 210000 MPa Ro SSS MPa Tammi 2 MPa Le choix de cet acier se justifie par le fait que les boulons de serrage subissent de grandes contraintes de cisaillement lors de la rotation 2 3 2 Dimensionnement du plateau solidaire de l arbre moteur a Estimation du diam tre de l arbre moteur Far manque de catalogue de moteur courant continu de grande puissance nous devons estimer les dimensions du moteur L estimation du diam tre de l axe d oteur se fait l aide de la formule approximative donn e dans la r f rence 5 reliant le diam tre la puissance et la vitesse de rotation d cm 13 F KkW n tr min e S Four F 84 kW n 2500 tr min on a d 56 mm diam tre de bout d arbre d 54 mm 9 Les calculs dans cette section sont faits suivant les relations donn es dans la r f rencell2i section 31 5 3 Soit d le diametre du bout d arbre On asda zO S d Yi avec do diam tre des boulons i nombre des boulons D 2 d 1 D idiam tre du cercle passant par les axes des boulons Del S d 1 D sdiam tre ext rieur moyen du plateau Lz1 29 dt 0 75 L longueur du plateau Dans notre cas d 54 mm et on aura 4 boulons de serrage On obtient de713 5 mm dimenson normalis e 14 mm D 110 mm pour r d2. Largeur de la dent File manuel donne une d termination empirique de la largeur F F m y 27 mi module du pignon yicoefficient de proportionnalit entre m et F pour les petits engrennages y est compris entre 10 et 15 Soit ici w 10 Fees 1O 20mm c 2 2 R sistance m canique du pignon Contrainte induite au niveau de la dent TENE PERS ae Ee H us ELE Wi force tangentielle 2M D MePS lr n o a Fas puissance de sortie n srendement de 1 engrennage w svitesse de rotation KHrifacteur de service 1 35 Mz 1 35 0 9950 523 17 2 mN We 17 21 0 018 956 11 N J facteur g om trique Jerp O 211 14 385 N 0 385 1 385 18 o facteur de surcharge Qn suppose qu on a une source uniforme et la charge de la machine entra n e a des chocs mod r s Kol 25 Kosfacteur dynamique K 787 78D v icm s d o Ko i Emi facteur de distribuition 1 3 largeur des dentss2po 28 minimum de d flexion de l arbre Pd Esifacteur de dimension 0 855 pour Fx2 On a NEAR OREA EE ZR LEE z956 11 1 25 0 541 340 832 20 0 23 140 68 MFa Effort admissible e4 Sacx K Kette Choix de mat riausacier trait AISI 4140 8 s230 310MFa on calcule avec Sari MPa Eesi moins de 1 panne sur 100 Kr 1 temp rature de fonctionnement 120 F Taro S cem230 MPa QUY as Effort de contact Fo PaosCSDWe FSDE1j7 9 lifacteur g om trique 22 49 renattieiont lastique 19 924N mm Co Co Ca 1 Forli 2 1936 11 20 182 491 198 3 N mm Fr
3. Ye Yee d encre 53 ANVEKE 4 TANOMETRE A TUBE BOURDON Ms p PRINCIPE de FONCYYONNE MET ez T REOR IRE cul e es S _ _ ___ _ ____i Lo harris cabe cef env tumentk Ju tation fpa P ef ra for r 3 i Moor Pw Sena ce emaka nement Rx roth de erue of eel on A me tiari AA rers Couer A IROS Le LOSE _ annera denne falo moment de 41 Description de la construction et du fonctionnement L l ment lastique du mauom tre tube de Bourdon fig 1 invent en 1849 par E BOURDON est un tube m tallique 4 dont la section a la forme d une ellipse aplatic Ce tube est recourb suivant une forme plus ou moins Fig I Manom tre tube de BOURDON Il raccord 2 crou 3 support 4 tube de BOURDON 5 secteur dent 6 ressort spiral 7 aiguille indicatrice 8 cadran 9 boitier circulaire dans le plan des petits axes des ellipses des sections et son extr mit ouverte est fix e au support J L extr mit libre du tube est ferm e Quand la pression augmente la section elliptique du tube tend prendre une forme circulaire et comme la longueur du tube reste constante il tend se redresser Les d placements de l extr mit libre du tube sont transmis par le levier 5 etune transmission m canique l aiguille 7 qui tourne au dessus de la gradua tion 8 du manom tre bl 42 Principes th oriques Soient a c
4. atteindre au moins trois le d bit maximum de la pompe Sur le banc d essai le circuit hydraulique est simple la recirculation est rapidesnous consid rerons une capacit l g rement sup rieure au double du d bit maximum 200 l min V2400 1 Les dimensions suivantes conviennent 1 0 90 ms h 0 70 m L 1 20 m on a Vel hxkls420 dm 420 1 6 3 Assemblage du banc d essai Cette partie donne la mise ensemble des diff rentes parties tudi es pr c demment autour du cadre rigide du banc d essai Nous commen ons par donner les dimensions ext rieures ou l en combi cement du bancs avant de pr senter les diff rentes techniques d assemblage 6 3 1 Dimensions ext rieures Les dimensions que nous utiliserons sont des dimensions standards dans la construction des quipements de laboratoires Elles sont le r sultat des tudes ergonomiques bas es sur les caract risti ques anthropom triques de facon permettre une manipulation fa cile les standards utilis s ici sont tir s de la r f rencel151 Nous avons les dimensions suivantes hauteur h 0 90 m profondeur largeur 10 80 m longueur L 1 60 m snc 6 5 2 Supports Le cadre rigide m tallique support principal sera constitu de corni res ailes gales soud es La charge supporter par le cadre masse du moteur et celles des autres composantes est inf rieure 7 kN la masse totale est estim 700 kg Les cor ni res 23 20 3 r sistent en flexion et en compression
5. caniques du mat riau La pression est d termin e par la formule Ap E h p IAE c 4 y caue all o le param tre du tube 00 z uii es 5 a 55 43 Mat riau et ex cution Dans les manometres destin s la mesure de basses pressions on emploie des tubes de BOURDON en alliage de cuivre tels que bronze phosphoreux bronze au b ryllium maillechort Monel tir s froid sans soudure ou ras s avec de l argent ou du laiton Dans les manom tres pour hautes pressions on emploie des tubes d acier tir s qui apr s avoir t aplatis et courb s suivant une forme plus ou moins circulaire sont tremp s 44 Caract ristiques de mesure La limite sup rieure de l tendue de mesure des manometres tube de BOURDON atteint 6000 at L exactitude des indications est d I 6 de la limite sup rieure de l tendue des mesures La classe de pr cision d un manom tre tube de BOURDON s exprime en pour cent de l erreur relative admissible rapport e la limite sup rieure des indications Ainsi par exemple le symbole D signifie que l erreur d in dication du manometre ne d passe pas 1 de l indication rapport e la limite sup rieure des indications par exemple avec une charge de 20 d un manom tre de la classe D il faut compter avec la possibilit d une erreur relative de 4 577 Il a t adopt pour les classes de pr cision la suite de nombr
6. cette charge Toutes les corni res du cadre rigide et celles supportant le moteur seront des 25 25 3 sauf celles du bas qui supportent le banc qui seront des 25 25 5 Les t les de recouvrement seront minces 9 5 1 mm elles seront li es au cadre par des vis Les figures en perspective permettent de visualiser le cadre 6 3 2 Mise ensemble des composantes a Tuyauterie Les diff rents tuyaux flexibles seront reli s aux autres composantes du circuit par des raccords filet s Les prises de pression et de d bit pour le manom tre et le d bitm tre seront faits aussi par l interm diaire des raccords filet s b Montage du simulateur de charge Le v rin et l ensemble poutre ressorts seront mont s en position verticale et droite en faisant face au moteur voir la vue en perspective Les ressorts seront soud s sur la poutre la fixation en bas se fera aussi par soudure La fixation du v rin sur la poutre se fera l aide d un crou de haute r sistance les bouts de v rin tant toujours filet s c Montage du moteur 43 Le moteur sera fix sur le cadre rigide par des boulons de serragelsp cifi s par le constructeur Des appuis lastiques des rondelles paisses en caoutchouc seront associ s cette liaison pour amortir les vibrations et servir d isolation accoustique d Montage du p ositionneur m cani Le Le positionneur m canique est constitu d un m canisme pignon cr maill re et
7. mm i 6872 20 10 5 86 mm AFLle 2i 170 2 5 86 14 50 lt 104 pi ce courte On n est plus dans le domaine d Euler on utilise la formule de Tetmayer Ter 310 1 14 A pour l acier 310 1 14 14 502293 47 N mm La contrainte de compression est gouE 1 5 0 F tant le poids de la charge support e par la cr maill re Le co fficient 1 9 integre les forces additionnelles lors de la rotation TIGSLQOX1 9 9 0 20 1022 2 N mm Tei aec Le flambage n est pas craindre 32 C 9 D termination de la fr quence fondamentale de la cr maill re En consid rant la cr maill re comme une poutre avec une masse en son bout sa fr quence fondamentale est donn e par la relation Mo CH EA T Miel L longueur de la poutre M masse attach e 34214 0946872 Qo 10712 3O0 10794 0 17 7 171 387 rad s 27 Hz C est une basse fr quence mais comme le syst me pompe moteur a une fr quence de SO Hz il n y a risque de r sonnance que si la pompe a une petite masse soit autour de 7 kg dans ce cas il faudra ajouter des masses suppl mentaires de facon viter la r sonnance entre le syst me pompe moteur et la cr maill re C 6 Conclusion A la suite de l tude faite dans ce chapitre nous pensons que le m canisme de positionnement sera pr cis et s curitaire Il nous faut seulement pr ciser que ce m canisme n c ssitera une lubrification entre la glissi re et la cr maill re afin de r duire les pressions de con
8. rapprochement entre les conditions d essai et celles d exploi tation a 2 Le choix du moteur et les raisons du choix Les pompes hydrauliques des v hicules industriels sont entra n es par des moteurs combustion interne souvent par l interm diaire d une boite de vitesse La possibilit d entraznement la plus ad quate serait par moteur thermique mais ce choix rendrait notre banc trop d pendant du carburant utilis rigquant ainsi des difficult s d approvisionnement qui emp cheraient une exploitation r guli re du banc d essai En outre il faut avoir une chaine cin matiquesmoteur boite de vitesse pompe pour pouvoir assurer la variation de vitesse sur le banc ce qui augmente le co t et les dimensions de notre machine Ainsi une deuxi me alternative s imposesl utilisation d un moteur l ctriqueson a alors deux possibilit ssun moteur asynchrone ou un moteur courant continu Le moteur asynchrone tournant une seule vitesse son utilisation impose aussi une cha ne cin matique pour la variation de la vitesse donc une augmentation du co t et de l encombrement Le moteur courant continu permet une variation de vitesse de fa on continu sur une plage tr s large sans bo te de vitesse Il est le plus adapt pour notre machine d essai qui devrait recevoir des pompes aux vitesses de rotation diff rentes Nous allons dans la suite pr senter les caract ristiques l ctrom caniques du moteur que nous utiliserons su
9. rature 1 Kesfacteur d aux effets divers 1 5 meilimite d endurance pour les ressorts grenaill s elle vaut 465 MPa FS5 0 868 x465 157 42 2 96 FS Bay Tattm avec S4y 0 577 85 8 3940 MPa FS 0 5774540 129 45 157 42 1 1 FS 1 1 Le ressort a une vie infinie d Caract ristiques g om triques des ressorts A partir des consid rations et calculs pr c dents on obtient les caract ristiques g om triques suivantes pour les ressorts d 18 mm D 81 mm Le 640mm Fas du ressort 21 3 mm Enroulements effectifss 2 Ressort bouts quarris et meul s Fentestg p 2D s7 5 e Fabrication des ressorts 21 Vu le diam tre du fil utiliser d 18mm les ressorts devront tre fabriqu s par un roulage chaud hc dE A 3 2 2 2 Montage du ressort et caract ristiques du v rin Nous devons disposer les ressorts sous la poutre d appui de fa on quilibrer la force due au v rin et le moment que cette force peut cr er en un point quelconque de la poutre Avec la diposition ci dessous l quilibre des forces et des moments est assur e y F sF A4 EF os F 4F soit F 4F 0 IMs sF e2a F a 2 3a 2 5a 2 7a 2 F 2asF B8Ba soit F 2a F2asO Nous prendrons a 101mm 81 20 mm somme des deux demi diam tres d enroulementsBi mm espace entre deux ressorts 20 mm ch S 2 M Nous obtenons la longueur de la poutre d appui L 4a z4x101 z404 mm D termination de la section de la poutre d app
10. t de revient a Codts consid rer Le premier co t consid rer Ci est le co t total de tous les composants achet s sur le march le moteur et son syst me de com mancde les l ments du simulateur les barres d acier pour l usina ge des pi ces plateaux pignon cr maillere glissi re les cornie res et t les pour l assemblage et les organes du circuit hydrau lique Le deuxi me consid rer Co est le co t de fabrication des sous ensembles et du montagesusinage des pieces du positionneur assemblage du simulateur construction du cadre rigide Il est remarquer que Cz comprend le co t de la main d oeuvre l amortissement des machines et outils n c ssalres et le co t de l n rgie consomm e durant les op rations Le troisi me co t Crest un co t intangible difficilement quanti fiable il correspond aux frais d tudes en effet ce travail tant fait dans un cadre purement p dagogique il est difficile d estimer le co t du travail de conception ainsi cet estimation sera un peu arbitraire b Codt de revient total Ce Le co t de revient de notre machine Ce sera la somme des trois co ts pr sent s ci hauts II CU La possession des chitfres r cents nous aurait permis de donner une estimation chiffr e du co t de notre machine pour pouvoir la comparer aux machines existantes 46 CONCLUSION GENERALE La pr sente tude n est en fait qu un design pr liminaire du banc d essai car certains aspects re
11. vilesse vitesse Nous en donnons le sch ma fonctionnel regu lateur de courant courant dinduil Freinage et inversion de sens de rotation On assurera un freinage dynamique du moteur dont le principe de fonctionnement est le suivanteen coupant l alimentation de l induit le moteur continuera de tourner et sa vitesse diminuera graduellement sous l effet des pertes par frottement D autre part le champ tant toujours aliment la tension induite diminuera au m me rythme que la vitesse En raccordant l induit une r sistance ext rieure R la machine fonctionne en g n ratrice et la tension induite produit un E courant d induit de sens inverse ll en r sulte un couple de freinage proportionnel au courant inverse L inversion du sens de rotation se fera l aide d un inverseur l ctrom canique Nous donnons ci dessous un montage en pont double qui permet une inversion facile Mon lage an parall le perm effant nversion ef fre nage Toute la description faite sur la commande du moteur aidera choisir une armoire de commande sur le march partir de la puissance et de la tension Le constructeur Jeumont Schneider fournit des armoires de commande pour moteur courant continu CHAPITRE 2 ETUDE DE LA TRANSMISSION DE PUISSANCE 2 1 Pr sentation du probl m Etant donn que la variation de vitesse se fait l ctriquement il nous faudra choisir un syst me d entra nem
12. cette partie nous allons pr sent s le circuit hydraulique du banc dans son ensemble et ses composantesjensuite nous pr senterons la mise ensemble des diff rents l ments afin d avoir une machine capable d effectuer des essais de pompes 6 2 Circuit hydraulique 6 2 1 Description g n rale Sa eS La pompe en essai 3 entra n e par le moteur 4 aspire de l huile du r servoir lscette huile est filtr e par 2 Durant le passage de l huile dans le circuit les mesures de pression et de d bit sont faits par le manom tre et par le d bitm tre 5 la vitesse de rotation est aussi indiqu e par le tachym tre L huile sous pression d place le v rin qui son tour comprime les ressorts qui constituent le simulateur de charge 7 L huile sortant du cylindre est d tendu par le r ducteur de pression 9 avant de retourner au r servoir d j filtr e par 10 Le clapet anti retour 11 emp che tout retour d huile dans la pompe en essai La vanne manuelle i2 assure le renvoi du reflux d huile dans le circuit retour eom D tin n aL Composantes du circuit hydraulique Dans les chapitres pr c dents nous avions d j pr sent simulateur de charge et les instruments de mesure Dans cette section nous pr senterons la tuyauterie les organes de r gula tion les organes de conditionnement et stockage 6 2 2 1 Tuyauterie Vu la gamme tr s large de pression et de d bit nous utiliserons un jeu de tuyaux flex
13. di vers types d engins lourds bulldozer camion benne scraper et de diff rentes marques Caterpillar Fiat Foclain Komatsu ce qui fait que les services d entretien ou garages de ces entrepri ses ont r parer et contr ler un grand nombre de pompes aux caract ristiques g om triques et hydrauliques tres diff rentes Le but de ce projet est de doter aux services d entretien des engins lourds d un quipement qui puisse assurer le test d un maximum de pompes utilis es dans les v hicules industriels car ce besoin de contr le se fait s rieusement sentir chez les utilisateurs d engins lourds c est le cas des ateliers centraux de la SOTRAC Dakar le garage de la Manutention Africaine Dakar ou l atelier de r vision des engins miniers de la MIBA Mbuji Mayi au Zaire o l id e de ce projet nous est venue L int r t conomique d un tel quipement peut tre compris travers cette constatation faite par plusieurs professionnels du contr le des quipements Le test co te de l argent mais monter un composant d fectueux ou peu performant co te encore plus d argent CHAFITRE 1 CHOIX DU MOTEUR 1 1 Introduction Les pompes tester doivent tre entrain es par un moteur Le mode d entra nement des pompes devra se rapprocher le plus possible des conditions r elles sur les v hicules industriels en particulier une variation facile et continue de la vitesse Il nous faut donc choisir un moteur qui permette ce
14. ide erin hens 1 Chap 1 Choix du moteur 1 1 Introduction 1 2 Le choix et ses raisons 1 3 Caract ristiques du moteur Chap 2sEtude de la transmission de puissance o AAAA SAES 2 1 Fr sentation du probl me aaa a Y 2 2 Solutions possibles 7 2 3 Design des plateaux d accouplement TOUT NEM scat bid T Chap 3sConception du simulateur de charge 3 1 Pr sentation du probl me A CX 3 2 Etude des solutions TETUER 0 Chap 4 Fositionnement des pompes tester Bee REED Y 4 1 Introduction RAR oic Mide et ctas cial 4 2 M canismes de positionnement possibles oo 25 4 35 Design du m canisme de positionnement ee Chap SsInstrumentation du banc d essai 34 Sel Introduction e N 2272534 Mesure de la pression a A Ate 23 7 5 3 Mesure de debit A ey ae en me ma ce m e a DD 5 4 Mesure de la vitesse de rotation 2 37 5 3 Conclusion eR TNNT T Chap 6 Construction du banc d essai inm eu ipea E Ug Oa L TINEFOSBUTE ON Lus ous aon eder deine erani us awe SB 6 2 Circuit hydraulique oes 38 6 3 Assemblage du banc d essai cc sss 42 Chap 7sEtude conomique A nt ns 27 A 4 5 N 7 1 Introduction 7 2 Fossibilit de r alisation l EPT cra 45 7 3 Estimation du co t de revient e at ES Conclusion g n rale J 47 Annexe i Rappel de quelques propri t s d un moteur CC excitation mixte comp
15. montage rigide centr b Calcul structural d un v rin simple effet Nous prendrons un diam tre de tige d 1 po 25 4mm La charge appliqu e sur le v rin P F 26376 N 2691 4 kgf Nous utilisons la table 5 da calcul des v rins du cours syst mes hydrauliques r f rence C1 La table nous donne la longueur critique d un v rin pour un chargement Pien 1b F 2691 4 2 2812 on obtient une longueur critique L 55po 1397mm Four viter tout risque de flambage il faudra prendre un v rin de longueur inf rieure 1397mm Nous prendrons une longueur permettant de minimiser l encombrement du banc 1 150mm 3 3 Conclusion Les calculs pr c dents et le choix des mat riaux faits permettent de construire un simulateur de charges avec lequel on pourra d terminer les pressions de refoulement des Pompes l e montage de ce simulateur sera pr sent dans la partie construction du banc d essai 24 CHAPITRE 4 FOSITIONNEMENT DES FOMPES 4 a Introducti 3 Les pompes tester tant de g om trie tr s diff rente nous devons concevoir un m canisme de positionnementspour pouvoir accoupler les diverses pompes au moteur car la coincidence des trous de passage des plateaux d accouplement permet un positionnement correct Comme dans le chapitre 2 nous avons compar les diverses possibilit s pour r soudre le probl me ensuite nous avons effectu le dimensionnement du m canisme retenu 4 b Les m canismes de positionnement p
16. pompe en essai L obturateur sera sph rique ou conique avec garnitures lastiques pour une bonne tanch ite La vanne r ductrice de pression plac e en aval du v rin permettra de d tendre le fluide avant son retour au r servoir le fluide entrera dans le r servoir avec une faible n rgie afin d viter tout tourbillonnement du fluide qui peut provoquer la vitation des pompes 2 2 3 Organe de conditionnement Nous avons uniquement des filtres comme organe de conditionne ment le premier en d but d aspiration sera un filtre fin reten tion des particules allant jusqu Su sle second plac dans le circuit retour sera un filtre moyen grosseur de particules rete nues jusqu 501 6 2 2 4 Organe de stockage Il s agit ici du r servoirsil sera plac sous la pompe et pour s adapter la g om trie du banc d essai sera de forme parall li pip di que Construction il sera fait de plaques d acier soud es avec des joints de soudure tanches A part les trous de connection la tuyauterie de grandes ouvertures seront pr vues pour un acc s facile l int rieur Comme tout r servoir il sera pourvu d un indicateur de niveau d un thermometre des chicanes pour forcer le liquide rester le 41 plus longtemps possible dans le r servoir avant d tre pomp et des aimants pour fixer les particules ferromagn tiques Capacit et dimensions Four un syst me hydraulique la capacit du r servoir doit
17. pour fabriquer des ressorts de hautes contraintes altern es comme ce sera le cas sur le banc d essai avec une longue dur e et sujets des chocs Caract ristiques m caniques r f rencel417 Sut R 790 MPa 8 R 0 340 MPa Nous prendrons un fil assez grand pour minimiser les contraintes de torsion lors de la compression du ressort Un aura del8 mm CzsD ds4 5 C est faible pour pouvoir r duire les contraintes de torsion Four un ressort h licoidal soumis une force de compression la constante lastique k est donn e par keGxd 8C xN G module de cisallement Ninombre de spires soit NsG d GCC k 7G 3 109 18 107 68 4 5 4 65940 o 7 On prendra N 30 Calcul de la contrainte de torsion induite dans le fil du ressort T B K F D rd Flak 4 Esfacteur de Wahl car le ressort travaillera 18 en fatigue d fini en 3 2 Four C 4 5 Kel 35 cC 1 35 0 2627609 80 1075 44 r1 18741077 314 84 MPa D termination de la contrainte de comparaison suivant la r f rence 111 Four un ressort dont C est compris entre 3 et S la contrainte de comparaison en torsion est comprise entre 0 8 S et 0 BISL Ta 0 S 0 845340 4 2 MPa TH Ca Il n y aura pas de d formation plastique dans le fil d acier L affaissement critique du ressort s obtient graphiquement connaissant la longueur libre du ressort leet son diam tre d enroulement D le Letc gheslongqueur du ressort cras cid flexion maximale du ressor
18. retenue Le fluide sous pression quittant la pompe va d placer un 46 v rin sur une course d termin e ce v rin sera solidaire une poutre qui s appuie sur quatre ressorts identiquessceux ci vont absorber 1 n rgie du fluide Le sch ma ci dessous illustre le simulateur de charge Aoc ea 3 2 2 Design du simulateur de charge E e e 3 2 2 1 Dimensionnement des ressorts Four avoir un encombrement r duit nous avons choisi un cylindre de diam tre 40 mm la section de passage du v rin est 12 956 cm La pression maximale de calcul sera p 210 bars et ceci pour s assurer que les sollicitations m caniques qui peuvent se cr er dans notre gamme de pression o 200 bars ne causent aucun dommage au syst me et que celui ci puisse r sister de l g res surcharges F ktx Frenons pour course totale du piston c 100 mm Suivant la description du syst me la d flexion du ressort sera toujours gale la course du piston donc la d flexion maximale du ressort sera x c 100 mm On devra avoirs Faacck c On a pour p 210 bar Ens csprS 12 S6 107 210 107 27376 N Ena Sk c soit K Fmar C 26376 0 1 263760 N m k est la constante lastique de tout le syst me pour 17 chacun des quatre ressorts on a k k 4 k z263760 4 65940 0 N m Connaissant k nous pouvons dimensionner le ressort a Choix de mat riau Qn utilisera de l acier chrome silicium UNS 692340 r f 41 Cet acier est utilis
19. R PUBLIQUE DU S N GAL PROJET DEIFIN D ETUDES EN VUE DE L OBTENTION DU DIPL ME D ING NIEUR DE CONCEPTION T I T R E Conception d un banc dessai pour les pompes des commandes hydrauliques des engins lourds AUTEUR Ntambwe Lumembela prece Mr Papa MBOUP ing Msca DATE JUIN 1988 CO DIRECTEUR Je tiens a remercier et exprimer toute ma gratitude Mr Fapa MBOUF professeur d l ments de machine pour avoir accep t d encadrer ce projet et pour ses suggestions et remarques je remercie aussi le service de documentation de la compagnie HYDRO RENE LEDUC HRL de France pour la documentation sur les pompes hydrauliques que j ai re ue de leur part Mes remerciements vont aussi toutes les personnes qui m ont aid dans la recherche des informations l EPT au service des travaux publiques de Thi s la Manutention Africaine et la Sotrac SOMMAIRE Ce rapport pr sente la conception d un banc d essai pour les pompes des commandes hydrauliques des engins lourds dans l ordre suivant Le choix du moteursce choix a t fait suivant les exigences du cahier de charges que nous avons d fini et aussi pour se rapprocher le plus possible des conditions r elles d entra nement des pompes hydrauliques Les caract ristiques du syst me de commande l ctronique seront pr sent es pour permettre son acquisition dans le commerce L tude de la transmission de puissancespour plusieurs raisons nous avons adopt une tr
20. ansmission de puissance par accouplement rigide pour lequel nous avons pr sent le dimensionnement des plateaux et leur montage La conception du simulateur de charge cet l ment constituant le recepteur de l n rgie du fluide est un ensemble de ressorts h licoidaux pouvant r sister la pression maximale du banc sans perdre leur lasticit et sans risque de flambage Le positionnement des pompes se fera l aide d un m canisme pignon cr maill re Le choix des instruments de mesure et le calcul de la tuyauterie ont t faits de facon obtenir des mesures fiables Le choix des dimensions lin aires du banc et la technique d assemblage sont conformes aux normes des quipements de laboratoire r f renceri31 i Enfin une tude conomique nous montre la possibilit de construire ce banc d essai 1 EPT et nous donne une approximation du co t de revient d une telle r alisation CAHIER DE CHARGE Le banc d essai que nous nous proposons de concevoir devra r pondre aux exigences de mesure suivantes D bit mini maxi O 200 l min Pression mini maxi O 200 bar Vitesse de rotation 2500 tr min Degr de pr cision des mesures i Of La gamme de pression et de d bit choisie recouvre largement les pressions et d bits utilis s sur les engins lourds TABLE DES MATIERES Remerciements ii dde nucis isa vagas E d Sommaire ee Uc ER Ee tT Table des mati res iii Introduction
21. d bitm tre turbine qui r pond le mieux nos exigences Il convient aux fluides visqueux il a une bonne pr cision moins de 5 un co t d investissement acceptable et supporte des pressions lev es Nous donnons une description succinte de son fonctionnement fig aw c 35 Soit un rotor plac dans l axe d une conduite de fluide sous pression il tourne une vitesse qui d pend directement du d bit du fluide On tablit exp rimentalement que la vitesse angulaire o du rotor est proportionnelle la vitesse moyenne de l coulement du fluide soit son d bit qk w qsd bit volumique ly M k Jo dt M volume du liquide coul pendant te l intervalle de temps ta ti k constante A partir de ce principe l on construit des d bitmetres et des compteurs de volume Le d bitm tre est constitu de 3 parties le mesureur capteur qui est le rotor le transmetteur assurant la sortie des informations issues du mesureur l indicateur du d bit de fluide 9 3 1 Caract ristiques fonctionnelles du d bitm tre Fression de services 230 bar pus la gamme du banc Echelle Four avoir des mesures plus pr cises sur toute la gamme de d bit O 2001 min on la multiplie par 1 25 pour beaver l echelle Er 250 l min ou 13 m h Fr cisions t1Z Rotor en acier inoxydable Transmetteur de d bit l ctrique inductance magn tique ou reluctance variable Les caract ristiq
22. d une glissi re La glissi re sera fix e sur une corni re d appui par soudurezl axe du pignon passe par un roulement bille SKF 61805 qui s appuiera sur un palier lisse coussinet en bronze pour un bon quidage Le volant de commande sera un volant poign e tournante s ajustant avec l axe de commande du pignon La plaque d appui des pompes sera solidaire la cr maill re a l aide d un joint de soudure Un dessin d ensemble du position neur permet de voir les diff rentes liaisons Elle aura une section rectangulaire 185mm de largeur et 350 mm de longueur Ces dimensions ont t prises apr s observation des dimensions des pompes dans les catalogues 6 3 4 Remarque Dans cette partie nous avons indiqu de fa on g n rale les techniques d assemblage utiliser pour le montage du banc d essai comme un compl ment au design et pour aider les techni ciens effectuer ce travail Four une r alisation effective de la machine un plan rigoureux prescriptions de construction sp cifi cation des normes ordonnancement des travaux devrait tre tabli 44 O ESO ESS IS S LSD OS ES SSSA Ecole Polytechnique de Thies Pro 512 par Ntambwe Lumembela EI Mle 574 NEN BANC D ESSAI POUR POMPES DE COMMAN Ech sans DES HYDRAULIQUES ENGINS LOURDS D pignen 8 tige cr maill re S glissi re D crou 7 rondelle palier D cols a bille 8 axe de commande O Volant commande Coussin
23. e n c ssaire ce d placement esti Pek ev Fspoids de la charge d placer vivitesse constante de la charge Nous avons valu F partir des catalogues des pompes notre disposition les pompes de ps200 bar et Ax2001 min ont une masse inf rieure 30 kg Esm g 30 9 81 N pour l estimation de v nous nous sommes bas s sur les avances des machines outilssnous avons pris v 0 02m s d o FzF V p grv 30 9 810 0273 87 W On prendra F 6W On peut donc d termin le diam tre de l axe reliant la roue de commande au pignon dar 1 BLE W AN Ctr min je 9 267 Four une commande manuelle la vitesse de rotation n de la roue est estim e 5 tr min on a 2dar 1320 006 573 3224 2mm C 2 Dimensionnement du pignon La d termination du diam tre primitif est faite suivant la r f rencel 1 Le diam tre primitif D est compris entre 1 2 dar et dar Soit D 1 Stdae 1 024 226mm ce qui nous donne la vitesse lin aire r elle vzxg d 2 ucotr mimnso S23 rad s 0 92340 018 zO Q0094m s Nous pouvons d termin graphiquement 1e nombre de dents avec v et D on trouve N18 Caract ristiques du pignon D 36 mm N 18 P N D 18 Z6 0 Smm7 s m 2 Diam tre de t te Dope n t2 P 40 mm Epaisseur de la dent sur le cercle de t te to PF mt N 2 2N Cfnv 9a Inv 1 2 tatPenrk20 36 0 0681 0 0150 2020 OBEI te 1 4mm Angle de pression 1 20 e 0rc cos N cos20 N 2 32 2 Epaisseur sur le cercle primitif t n SP 3 14mm
24. e de pression dans un syst me hydraulique Sa technologie tant ma tris e depuis des ann es il a un co t faible En plus le manometre Bourdon peut s adapter un syst me d acquisition de donn es car sa sortie peut tre li e un potentiom tre 5 2 1 Caract ristiques fonctionnelles du manom tre a Echelle Four d terminer l chelle nous respecterons une r gle importante pour garder la fid lit d un manom etre ne jamais utiliser le manom tre en service courant au d l des trois quarts de l chelle Ceci pour viter des contraintes exag r es dans le tube Bourdon et pour un maximum de fid lit et de dur e La gamme de pression tant 200 bar l echelle est donn e par E 200 0 75 267 bar On prendra dans le commerce un manom tre de 300 bars b Tube BourdonsOn aura un tube Bourdon en acier tir et de section elliptique afin de r duire l hyst r sis des mesures 5 3 Mesure de d bit La mesure du d bit s av re tr s importante pour un syst me hydraulique car le d bit d termine la rapidit ou le temps de r ponse du syst me En plus de la fid lit et de la pr cision comme crit res de choix nous avons tenu compte des conditions de service en particulier la viscosit du fluide et le niveau de pression mesurer et le co t de l investissement Farmi les divers types de d bitm tres utilis s dans les syst mes hydrauliques c est le d bitm tre rotor h licoidal ou
25. ent transmettant la puissance sans r duction de vitessesil devra en outre faciliter le positionnement des pompes tester tout en restant conomique Dans la suite de ce chapitre nous choisirons la transmission la plus ad quate au banc d essai entre les diff rentes solutions possiblesinous ferons ensuite un calcul de dimensionnement et de v rification pour le syst me choisi oy 2 Solutions possibles pour la transmission de puissance BJ Pour assurer la transmission de puissance en considerant les vitesses atteindre sur le banc et la facilit de positionnement nous avons pens trois syst mes d entra nement Transmission par courroies Accouplement rigide plateaux Transmission par un mandrin comme dans les machines outils Notre choix se fera apr s l analyse des limitations de ces trois possibilit s 2 2 1 Transmission par courroies Cette transmission n c ssiterait deux poulies de m me diam tre du fait qu il n y a plus de r duction faire le co t de ces poulies est relativement lev car elles ont subi un usinage tr s pr cis permettant un enroulement facile de la courroie Le rapport de transmission n est pas tres rigoureux ceci va diminuer la fiabilit des mesures exp rimentales en particulier 1e d bit qui d pend de la vitesse de rotation Vu la vari t des pompes tester on sera dans 1 obligation d avoir une variation d entraxe pour assurer une transmission haut rendement On peut
26. es suivants 1 0 1 5 2 5 4 0 6 0 s Service Les manom tres tube de BOURDON surtout ceux qui sont destin s la mesure de pressions pas trop lev es doivent tre employ s conform ment leur destination et par cons quent pour un liquide de poids sp cifique d termin En effet le poids du fluide compris dans le tube lastique communiquant avec l espace dont on mesure la pression exerce aussi un effet sur les indications du manometre tube de Bourdon 56 8 9 10 11 12 13 14 15 BIBLIOGROFHIE Notes de cours Mach 4 11 El ments de machines 2 EFT 1986 87 Manuel de calcul des organes de machines G Spinnler EFFL 1978 Conception et calcul des machines outils T S Glissie res F Fruvot EFFL 4 1977 El ments de machine Vinet 1 7 d EEFM El ments de machine Nicollet amp Trottet Ed SFES Lausanne 1971 Commande hyraulique et automatismes hydrauliques Tchouprakov Ed Mir 1979 Hydrostatic transmissions for vehicle applications conf rence du 29 30 sept 1981 l universit de Warwick Mechanical Engineering Fublications London 1985 Manuel d entretien du bulldozer Komatsu D 80 Celcul des machines l gbriquessbiwschitzku SFES Lausanne Commande l ctronique des moteurs courant continu R Chauprade Ed Eyrolle 1975 Techniques de l ing nieur B 4 6 S Organes de machines R Mesures des grandeurs m caniques R4 s Mesures hydrauliques Mechanical d
27. esign and system handbook Rothbart Mc Graw Hill Equipements des laboratoires de recherche rapport de la com mission construction et quipement de laboratoire de 1 As sociation Nationale de la Recherche technique de France Ed Eyrolle 19635 Machine design du 18 09 1986 reference issue on fluid power Recueil des normes des produits Si derurgiques AFNOR BNSATTE 57
28. ession admissible Fa FasBac LACA Cx Cg pour l acier choisi S94 1100 MPastous les coefficients de correction C sont gaux l unit PasSac 1100 MPa Fat P a Les efforts de flexion et de contact sur les dents du pignon sont 29 inf rieurs aux efforts admissibles Le dimensionnement est s curitaire car dans un m canisme pignon cr maill re les contraintes sont plus lev es dans le pignon Nous allons maintenant donner les dimensions de la cr maill re et ceci en fonction des d placements recherch s sur le banc d essai et nous v rifierons sa r sistance en flambage C 3 Dimensionnement de la cr maillere La longueur de la cr maill re devra permettre le d placement vertical du support de la pompe sur une distance assez grande de facon rattraper toute diff rence de hauteur entre l arbre moteur et celui de la pompe en essai Le diam tre ext rieur d un moteur CC de 85 kW est approximativement gal 300 mm d termination graphique partir de la r f rencel91 D termination de la longueur de la cr maill re Le Cette longueur sera sup rieure la somme du d placement maximum de bas vers le hautyli 10 cm avec la distance entre le pignon et le support de la pompe l2 5 cm et du rayon primitif du pignon R 18 mm Le PL a H 24 R 100 50 16 168 mm on prendra L 170 mm Caract ristiques g om triques angle de pression 20 largeur F s 20 mm paisseur t s3 14 mm a 1 P 2mm 2a 4 mm profo
29. et plaque d appui corni re d appui 3 Support pompe Ecole Folytechnique de Thies POl Ntambwe Lumembela Proj 512 Plan n 4 POSITIONNEUR MECANIQUE CHAFITRE 7 ETUDE ECONOMIQUE 7 1 Introduction Il s agit ici avant de conclure ce travail de voir la possi bilit de r alisation sur le plan technique du banc d essai dans les ateliers et laboratoires de l EFT et de A une approche qui permette de d terminer le co t de revient du banc 7 2 Fossibilit de r alisation 1 EFT En observant les l ments qui constituent le banc d essai nous pouvons dire qu il est effectivement possible de construire une telle machine l Ecole Folytechnique bien qu une bonne partie de ces l ments est acheterzil s agit de toute la partie l ctrique moteur et circuit de commande du v rin et des ressorts du simulateur des instruments de mesures des boyaux et des l ments de r gulation et de conditionnement Le O au m canique peut tre enti rement r alis dans nos ateliersjil en est de m me pour les plateaux d accouplement du montage du simulateur et de toute la partie construction On voit qu avec l obtention de quelques l ments dans le com merce cette r alisation est effectivement possible 7 3 Estimation du cout de revient Far manque de prix r cents des diff rents l ments qui consti tuent le banc d essai nous nous limiterons pr senter la d mar che qui permet de d terminer le co
30. ibles boyau afin de respecter les vitesses d coulement en aspiration ou en refoulement GCaRclamakien d aspiration Vitesse d coulement v s 0 6 1 2 m s Q 6 v S rGel min vem s S cm G nd 4 3 dediametre int rieur du boyau On utilisera les tuyaux flexibles SAE 100 Ri adapt s aux faibles pressions Les diam tres sont calcul s partir des deux relations ci haut et en tenant compte de la restriction de vitesse l ensemble des boyaux utiliser en fonction des d bits 39 est donn dans le tableau suivants Qcl min i dpo O 25 0 738 i po 25 4 mm 25 SO 1 1 0 50 100 i 14 5 100 130 ZO 150 200 i 2 5 Les trois derni res dimensions du tableau sont les plus importantes avoir car les d bits O 50 l min sont peu r pandus sur les pompes hydrauliques Canalisation de refoulement vitesse d coulement paso bar ve 3 5 5 m s Sozpc200 bars v 3 6 m s on utilisera des boyaux SAE 100 R23 adapt s aux moyennes pressions dont les diametres sonts p bar i C 1 min d po o 50 i 0 50 0 5 i i O BOO O 100 0 75 100 200 i 1 0 Canalisation de retour vt za m s On prendra les m mes dimensions que les canalisations d aspiration mais des boyaux SAE 100 R2 40 eo ey aca Organes de r gulation Nous n avons que deux organes de r gulation le clapet anti retour et la vanne r ductrice de pression Le clapet anti retour emp che le reflux d huile dans la
31. ndeur h 10mm c 1 46 mm F 1 069 2 1 46x 2 6 30 mm 30 Nombre de dents de la cr maill re Ne NezsLce F 2z170 6 30227 02 Ne 27 dents La longueur de la glissi re devra permettre un guidage pr cis on la prendra pres de 80 de L soit Laoz20 8 L 136 mm on prendra L 140 mm Section de la glissi re Celle ci tant une piece femelle la cr maill re sa surface interne correspond la surface ext rieure de la cr maill resce qui nous donne la section suivantes a mt 15 il gt TREE 20 pr C 5 V rification de l ensemble cr maill re glissi re en L flambage a le chargement suivant sur 1 ensemble gt js A On BETA La force F est produite par la pr sence du pignon lors des essais la cr maill re doit supporter le poids de la pompe et d autres forces dundnbeuestventicals produites durant la rotation l ensemble de ces forces peut faire flamber la tige cr maill re qui constitue le support de la plaque d appui des pompes 31 Cette sollicitation correspond au cas classique de flambage suivant loz1 2 le degr d lancement A est A l i israyon de giration i V Is A pios IPHI F A section droite de la poutre On calculera A avec la section pleine de la cr maill re car c est celle ci qui r siste aux forces de compression les dents assurant la transmission du mouvement a v 20 Toe 20 107 12 2 10 20 12 2 At 6 872 10
32. ossibles Le m canisme de positionnementdevra tre caract ris par une grande Te de facon rattraper de petites diff rences de hauteur nous ferons le positionnement suivant un seul degr de libert pour la coaxialit des axes de la pompe et du moteur Four r pondre cette exigence nous avons pens l utilisation d une vis de mouvement ou d un m canisme pignon cre maill re Four la vis de mouvement il faut qu elle soit verticale car le positionnement est vertical Ceci cause des difficult s de manipulation du fait que la manivelle ou la roue de commande de la vis devrait tre dans le plan horizontal soit dans le m me plan que le moteur et la pomperce qui cr erait facilement des accidents de travail Le m canisme pignon cr maill re possede une grande facilit de manipulation avec peu de risque d accident de travail Four permettre un d placement pr cis la cr maill re sera dans une glissi re Nous aurons l un guidage pr cis un degr de libert La figure ci dessous pr sente le m canisme de positionnement Ps plaque d appui deo pompes cr maill re pignen g gt alier rutemenr o volant de A commande manuelle b 4 c Design du m canisme de positionnement pignon cr maill re Cal Puissance transmettre par le m canisme En actionnant la roue de commande on doit pouvoir d placer la pompe et son support une vitesse constante v La puissanc
33. ound cumulatif _ 48 Annexe 21Ekemple de pressions et d bits des syst mes hydrauliques sur un engin lourd bulldozer Annexe Z Exemples de circuits hydrauliques sur les Komatsu D BO n engins LOUIS A el c cese aaa DO Annexe 4 Th orie et principe de fonctionnement du mano metre tube de Bourdon Bibliogra phie PENDET NER O a ac mE Z Les syst mes hydrauliques sont les transmissions de puissances les pius utilis es dans les engins lourds engins de travaux publiques engins miniers autobus v hicules militaires de combat etc et ceci pour leurs multiples qualit s souplesse d utilisation transmission des forces tres lev es et d multiplication facile autolubrification d placements pr cis etc Les performances de ces engins sont donc largement tributaires de celles des diverses composantes de leurs syst mes hydrauliques Ainsi nous avons voulu concevoir une machine d essai pour les sources d n rgie des syst mes hydrauliques que sont les pompes hydrauliques qui soulignons 1e sont exclusivement des pompes d placement positif Cette machine devra pr senter une grande flexibilit quant la nature des pompes tester car les services d entretien des engins lourds manipulent une grande vari t de pompes pour deux raisons principales sur un engin lourd on trouve plusieurs pompes de g om trie diff rente m me si elles sont de m me marque les entreprises mini res ou de travaux puliques utilisent
34. r le banc d essai et son syst me de commande 1 3 Caract ristiques du moteur La puissance d entraznement d une pompe hydraulique est donn e par F pth 600 Fspuissance en kW pipression en bar Qr d bit en l min ni rendement total de la pompe On calculera F avec le maximum de p et celui de Q dans la gamme de mesure p 200 bar Q 200 l min n 0 8 FzOS00 200 600 0 8 83 33 kW On pourra prendre un moteur de 85 kW sur le march avec une vitesse de rotation variant de 2500 tr min mp 1 2 Mode d excitation du moteur courant continu Nous avons choisi un moteur excitation mixte flux addi tionnel compound cumulatif celui ci permet d avoir une vitesse 2d constante pour une charge constante sans emballement du moteur Nous rappelons l annexe 1 quelques propri t s de ce type de moteur 1 3 3 Commande du moteur Le circuit de commande du moteur devra remplir les trois fonctions suivantes s Redressement du courant alternatif en courant continu Cette fonction sera r alis e par un redresseur en pont avec thyrisistor Les blocs redresseurs sont disponibles sur le march la tension d exploitation du moteur sera 380 V R glage de la vitesse de O 2500 tr min Le r glage de la vitesse se fera par la variation de la tension d induit avec deux circuits de r glage en cascadesl un assurant le r glage du courant d induit et l autre le r glage de la r gulateur de
35. ra de celui de la pompeson devra donc avoir un jeu de plateau qui puisse permettre le montage des pompes comprises dans la gamme des mesures d finie dans le cahier de charges Il s agit en fait des diff rents diam tres normalis s inf rieurs 56 mm 2 3 4 Ajustement des plateaux d accouplement et des axes des machines On aura un ajustement serr H7 u de fa on permettre une bonne transmission du couple Le montage du plateau se fera la presse b arbre pompe plateau Du fait des d montages fr quents qui se feront ce niveau Il faudra un ajustement bloqu moyen H7 k car avec cette liaison les montages et d montages se feront sans grand effort l aide d un maillet 2 3 2 D termination du couple de serrage des boulons 12 Pour assurer un fonctionnement s curitaire de l accouplement nous devons d terminer le couple de serrage des boulons en effet un couple de serrage faible conduirait un d serrage progressif donc un risque d accidentialors qu un couple trop lev risquerait d endommager la vis lors du serrage Le couple de serrage d un assemblage vis est donn par la relation suivante s T K HF 1 Xd Faseffort de traction dans la vis d diam tre de la vis K O 20 Calcul de Fi relations de calculs tir es de la r ft111 9F 0 12 Freffort de frottement d chaque vis Fs2Ma dy i Mas moment de service calcul en 2 3 2 isnombre de boulons d
36. remarquer que la transmission par courroie ne r pond pas la flexibilit n c ssaire du banc d essai c 7 0 2 2 2 Entra nement par mandrin Ce syst me d entra nement est plus adapt aux petites puissances et les grandes vitesses comme c est le RS dans les machines outils Il pr sente aussi deux limitations qui ont contribu son limination la coaxialit entre l arbre men et l arbre menant est difficile obtenir le serrage de l arbre entrain entre les m choires conduit facilement une usure des bouts d arbres ce qui constitue un aspect destructif long terme alors que nous visons un contr le non destructif avec ce banc d essai ra ra Has ement ri gide plateaux Nous avons port notre choix sur ce mode d entra nement pour les raisons suivantes la construction est simple et d un co t r duit a rigidit assure une protection contre les surcharges le rapport de transmission est suffisamment pr cis Sa grande limitation est la difficult de d montage nous liminerons cette limitation en placant entre les deux plateaux une rondelle en lastom re cette pi ce d espacement permettra un d montage facile et pourra amortir les coups ou autres chocs 8 2 5 Design des plateaux d accouplement Le niveau de puissance transmettre tant assez lev nous utiliserons des plateaux d une grande rigidit sles plateaux seront en acier au carbone A 50 2 AFNOK r f rencel151
37. ridiam tre des trous de passage 15 5mm F22x220 1 7 0 0155 0 4 17548 4 N F F 0 12 146236 6 N T4720 20XF d O O0X 1462 36 6 0 014 409 5 mN Tu 409 5 mN Ce sera ce couple qu il faudra appliquer lors du serrage des 13 boulons de l accouplement rigide par une cl dynamom trique Une rondelle plate en lastom re d paisseur 5 mm sera plac e entre les plateaux La longueur des vis sera Lz O mm Le plan no 1 donne le dessin de d finition du plateau solidaire l arbre moteur 14 yy odnoo par Ntambwe Lumembela EI Me574 PLATEAU DACCOUPLEMENT DEL ARBRE MOTEUR CHAPITRE 3 CONCEFTION DU SIMULATEUR DE CHARGE Le circuit hydraulique du banc d essai devra comprendre un simulateur de charge soit un syst me qui transforme l n rgie de pression du fluide en n rgie m canique Ce simulateur remplace par exemple les bennes ou godets des pelles excavatrices dans les conditions r elles de fonctionnement des engins lourds 3 2 Etudes des solutions Four r soudre ce proble me nous avons pens en premier lieu un v rin qui durant son d placement comprimerait un ressort h licoidal L n rgie du fluide produirait une force axiale de compression sur le ressort solidaire au v rin La relation entre la force de compression et la pression du circuit est F p3 8 Si section du piston du v rin On a aussi Fetk x kiconstante lastique du ressort xi d formation du res
38. ry iei cerfaims oxomplig Aa circu t rera Gue dur de cuf fe pue ur o TE Life nen bey frota Aem my par ey rail UG rau Chiplicile La fompe of Tur n k de vourse oS eir cfans G circa l Rida ques J Breath Tetra Cque dar aukas T o aytdtfant C en ay age ta crece feinage ef metal G or E d entrainement at vote fur de tefo didimo oka A achi er maar x exI i Fig Hydrostatic transmission pancifoux 50 Hydraulic Al pump molor Diesel engine Gear units Fio Installation e ues d entrainement de venfitale 29 Gr il Erdrau que pou 3 4 ef poti me de Rape ne Fo Steering system Oil tank Hydraulic pump gt SWITCHING VALVE WITH STEERING FLOW CONTROL POWER STEERING SYSTEM c VALVE Fig f an 3 vif Key otros quee Sone Esta La 7 62740 autom of pue of carte of Contrat nelle aur Comm FY sas Fig 1 Arrangement of the transmission including high and low pressure accumulator and high pressure control block i 5g Fig e City service bus Hydro bus 1 diesel engine 95 kW 2 hydrostatic mechanical transmission 3 HP accumulator 330 bar 150 lit 4 LP acgumulator 20 bar 150 lit HE rv z A fravers Le exempla Ow Vd E cds YS de monte cleo Jerrr poes mre on ber Ar ls mins rara of dene Ca Hotel in ctrl de con foe s LS fes eor nma
39. sort 1 Une pr caution prendre est d installer un clapet anti retour sur la conduite de refoulement des pompes pour viter un retour d huile sous pression dans la pompe en essai lors de la d tente du ressort Cette solution pr sente une grande limitations On se rend compte que pour notre gamme de pression o 200 bar les contraintes de torsion induites dans le fil du ressort sont largement sup rieures la limite lastique de l acier le plus r sistant utilis pour la fabrication d un ressort Nous allons illustrer ce constat par un calcul Example Soit un cylindre de diam tre d alesage 8 695 mm La section de passage du v rin S 3 180cm pour une pression p 210 bars on a F p 9 z69680 N La contrainte de torsion dans le fil du ressort est donn e par T K 8FD ntd en supposant un fil de diam tre 12mm et C D d 5 Didiam tre d enroulement du ressort Fe 40 13 40 4 0 615 C 1 31 facteur de Wahl On a cvz1 31 8 696980 0 06 735 0 012 8071 MPa or la limite lastique des aciers de ressort va jusqu 600 MPa Cette illustration permet effectivement de voir l impossibilit d absorber l n rgie d un fluide sous pression dans notre gamme de pression par un seul ressort Four r soudre ce probl me nous avons pens augmenter le nombre de ressort quatre pour que ceux ci se repartissent l effort engendr par le fluide sans risque de d formation plastique ou de rupture brusque 3 2 1 Description de la solution
40. stent raffiner sur le plan calcul en particulier pour la partie assemblage et design ceci concerne la possibilit d asservir le m canisme de positionnement et celle d interfacer la machine un syst me d acquisition de donn es Mais nous pensons tout de m me qu avec les calculs faits dans ce rapport et les dispositions de construction prises nous pouvons d j r aliser un prototype C est ce prototype qui une fois r alis et utilis orientera de fa on plus pr cise les dif f rentes am liorations a apporter dans le design final pour produire une machine d essai d une grande r sistance d un co t r duit et donnant des r sultats fiables r pondant de fagon optimale aux besoins des services d entretien des engins lourds ANNEXE 1 RAFFEL DE QUELQUES FROPRIETES D UN MOTEUR A COURANT CONTINU EXCITATION MIXTE COMFOUND CUMULATIF Un moteur excitation mixte porte un champ s rie et un champ eC eque la FMM de l enroulement s rie s ajoute celle de l encoulement shunt on a un moteur compound cumulatif ou flux additionnel fig A mesure que la charge augmente la FMM du champ s rie croit alors que celle du champ shunt reste constante La FMM totale du champ est donc plus grande en charge qu vide de m me que le flux doit donc ralentir La diminution de la vitesse de la marche vide la pleine charge est de l ordre de 20 30 Ce moteur ne s emballe pas vide et a un couple de d marrage plus for
41. t course totale du piston L galit ci dessus provient du syst me m me du simulateur acar on suppose qu en fin de course les ressorts sont totalement comprim s Lio zd N 1830 340 mm c 100 mm L osLaet cz540 100 640mm 19 Lo D 640 81 7 9 en consid rant que les ressorts seront encastr s on obtient graphiquement Yer Lo 0 22 le graphique utilis est la courbe typique relative au flambage d un ressort dans El ments de machine Vinet ycc20 229L 0 22x4640 1 40mm Yer 140mm c 100mm L affaissement critique a lieu pour une deflexion sup rieure la course du piston Le flambage des ressorts n est donc pas craindre durant le fonctionnementice qui nous dispense de placer un chemin de guidage pour les ressorts c V rification du ressort en fatigue Cette v rification s impose car le simulateur de charge est Con u pour subir un chargement dynamique en effet lors des essais chacun des ressorts sera soumis des forces allant de O 6594 N Les relations de calculs en fatigue sont Cam BH 08 RED 114 d Koi facteur de chargement statiquezit 0 2 C Ca Bek ef ua D 7 nd Esfacteur de Wahl Fas Ema Fmim 2 Fos Fara FF mind 2 Finan O594 0 N et Fitna O N Four 24 5 et Ka l 11 on a FarFn 6594 2 tacl ll 8 6594481 1077 23p59 104357 10772z129 45 MPa 20 Carlo 33948 6594181 107 P2 nr 187 1077 157 42 MPa ES S me Ta SastKc Ka Ee S O we Kei facteur de fiabilit 0 868 pour 95 Katfacteur de temp
42. t h les demi axes de l ellipse La relation entre l angle de courbure q du tube de BOURDON la longueur du demi petit axe D de Vellipse et leurs accroissement Ag et Ab est donn e par la formule de N E G Hill Ab Ah Ay m o eo q A o D b Ab h j d o il r sulte que les variations relatives de l angle y sont proportionnclles aux accroissements relatifs du demi petit axe de la section du tube La th orie du tube de BOURDON fig 5 a t tudi e par H LORENZ 1910 et V I Froposrv 1949 D apr s H Lorenz la relation entre la pression l accroissement rela tif de l angle de courbure du tube et ses dimensions peut tre exprim e par la formule Ap P p o ab JA RE lLfa HR Xa h ie o P mon a p V 2 4 p 4b 2a m Fig 5 Sch ma d un tube de BOURDON Fig 6 Section du tube a elliptique b ovale aplatie Dans cette formule d signe l paisseur de la paroi du tube o le rayon de courbure de l axe du tube et E le module d allongement lastique du ma t riau Il r sulte de l quation 3 que l accroissement relatif de l angle p augmente avec la pression On obtient des r sultats plus pr cis grace la formule de V L Froposrv 4 dans laquelle outre les grandeurs caraet risant la section et le ravon de courbure du tube figurent les coefficients empiriques a et f ainsi que les deux constantes E et caract risant les propri t s m
43. t que le moteur shunt ce qui le privill gie pour l en tra nement des machines sous charge telles les pompes piston 48 ANNEXE 2 EXEMPLE DES FRESSIONS ET DERITS DES SYSTEMES HYDRAUL IGUES SUR UN ENGIN LOURD BULLDOZER KOMATSU D 80 En d finissant le cahier de charge nous avions pr cis que les gammes choisies recouvraient largement les pressions d bits et vitesses de rotation rencontr s sur les engins lourds Nous donnons l exemple d un bulldozer pour travaux de terrassement utilis par le service des TF de la r gion de Thi s l Embrayage principal assist hydrauliquement Engagement et d sengagement du disque d embrayage l aide d une valve tiroir pression du circuit ps 42 bars Pompe d alimentation du syst me pompe a engrenage Fompe FAL 040 Q 74 1 l min 1853 tr min Direction et freinage assist s Une pompe assure l alimentation un diviseur de d bit permet ner alimentation simultan e des deux syst mes rapport 1 3 circuit de direction 12 5 bars circuit de freinage s 17 bars Fompe engrenage FAR 06 108 8 l min 1730 tr min 3 8yste mes hydrauliques pour les quipements levage de la lame inclinaison de la lame d fonceuse Fompe engrenage FAL 160 s 1621 min 1000 tr min pression du circuit p 140 160 bars 49 ANNEXE 3 EXENPLEL dE C RODI TL IITYDR ROLI RULES a _ _ _ s SUR LES ENGINS LOURDS A la suite de Cannae 2 mor Aonno
44. tact et permettre un glissement facile de la cr maill re Des bouchons de graissage seront pr vus dans la glissi re cet effet Lors des d placements de la cr maill re vers le haut il faudra ajouter des cales d paisseur dans la glissi re pour viter un glissement de la cr maill re vers le bas Le m canisme de positionnement ainsi concu est un positionneur m canique 33 CHAFITRE 5 INSTRUMENTATION DU BANC D ESSAI 5 1 Introduction Le banc d essai tant une machine de contrdle il doit tre pourvu d instruments de mesure adapt s aux grandeurs hydrauliques et m caniques pour permettre son utilisateur d appr cier les performances des pompes Dans ce chapitre nous pr sentons le choix des instruments de mesure pour la pression le d bit et la vitesse de rotation Leur montage dans le circuit hydraulique sera pr sent dans le chapitre suivant e 3 2 Mesure de la pression Tout circuit hydraulique est caract ris par sa pression celle ci est donn e par un manom tre Les deux propri t s de l appareil de mesure que nous privill gierons dans notre choix de manometre seront la pr cision et la fid lit en outre nous devons tenir compte du fait qu on est en pr sence d un fluide visqueux Ainsi nous avons port notre choix sur un manom tre Bourdon qui peut facilement mesurer les pressions comprises dans notre gamme de mesurescompte tenu de sa simplicit et de sa robustesse il s adapte tr s bien la mesur
45. ues ci dessus seront suffisantes pour le choix _ 36 du d bitm tre dans les catalogues des fabricants 2 4 Mesure de la vitesse de rotation La vitesse de rotation doit tre mesur e car elle influence le d bit en plus il nous faut aussi conna tre les performances d une pompe diff rentes vitesses Les crit res de choix du tachym tre sont les m mes que pour le d bitm tre Nous avons choisi un tachym tre num rique avec capteur g n rateur d impulsions qui est d une grande fiabilit et d un co t r duit Le capteur sera magn tique a reluctance variable sune roue dent e solidaire l arbre moteur tournera devant le capteur qui comporte une bobine entourant un aimant permanent La variation de la reluctance du circuit magn tique ainsi cr ee produit une tension l ctrique proportonnelle la vitesse de rotation 3 4 1 Caract ristiques du tachym tre Roue dent e en acier Echelle O 3000 tr min Capteur magn tique 3 3 Conclusion Les instruments de mesure choisis dans ce chapitre devraient renseigner de fa on pr cise sur les performances d une pompe en essai Ces instruments peuvent tre interfac s avec un syst me d acquisition de donn es dans le cas d une prise de mesures centralis e dans un ordinateur 37 CHAFITRE 6 CONSTRUCTION DU BANC D ESSAI 6 1 Introduction Dans les chapitres pr c dents nous avons calcul ou choisi les l ments essentiels qui vont constituer le banc d essai Dans
46. ui Four calculer cette section nous nous appuierons sur la consid ration suivante la fl che au point d appui de la force F donc du v rin sera limit e L 100 soit fmax 4mn La d form e lastique d une poutre s obtient par l quation 22 EXT dy dx Y L effort tranchant V est ici gal F L int gration de 1 quation donne y mF ex 2 640 x 2 C2 x C EXI 1 Ci Cz Cx seront d termin s par les conditions aux appuis Four x a 2 y 0 x 3a Z y 0 x GSa 2 y 0 Qn trouve un syst me de 3 quations lin aires Sinconnues la solution F en N x 4 b en mmgcalcul sur machine HF 150 C1 3 996 108 C2 2 379108 Cx 8 492 107 en rempla ant ces valeurs dans 1 et en prenant x 202 mm on a E IT y 1 689 109 Nom poutre en acier E 210000 N mm l che admise y 4mm on obtient Is2 015107 mm De cette valeur on voit que la section de la poutre devrait tre petite on prendra une section plus grande pour minimiser encore la fl che et permettre une bonne fixation des ressorts sur la poutre Les sections possibles sont les suivantes Profile C shape 73 63 Iz6 7 10 mm Section rectangulaire 435 10 1 7 6 10 mm On placera deux barres de guidage aux extr mit s de la poutre Caract ristigues du v rin 23 a Mat riau Vu le niveau de pression atteindre pour les essais le v rin et son cylindre seront en acier au carbone XC 42 AFNOR ou SAE 1020 Diam tre d al sage 840 mm On aura un
47. uire les contraintes de cisaillement on prendra D 114 mm Do B32 mm L 69 mm c V rification de la contrainte de cisaillement induite dans les 10 boulons de serrage Lors de la rotation la contrainte de cisaillement induite dans chaque boulon est a BM indo D M couple de service donn par MM us Meaimoment nominal fhsfacteur de service ou coefficient d irr gularit du couple MaF t B4000 60 2500 2n 320 mN f 71 7 correspondant l entrainement d une pompe volum trique par un moteur l ctrique d marrage fr quent et coups moyens M 320 1 7 mN repos 7 4 nmt 0 014 7 0 114 15 5 MPa Atado 2MPa Les boulons de serrage r sisteront aux contraintes de cisaillementile facteur de s curit est FS TtTa T 21 2 15 5 1 4 d Epaisseur t du plateau d accouplement Il n y a pas de formule rigoureuse pour la d termination de t nous avons proc d empiriquement par l observation de quelques montages d accouplements rigides On a remarqu que l pais 41 seur t vaut au moins deux fois celle de la t te des vis de serra ge Suivant les normes ISO une vis M 14 a une paisseur de t te B 9 mm t 2 H 18 mm 2 2 3 Dimensions des plateaux solidaires aux axes des pompes tester Les plateux des arbres des pompes auront les m mes dimensions ext rieures que le plateau calcul pr c demment ceci afin que le cho permette aussi le positionnement Le diam tre int rieur d pend
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