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Modélisation de l`influence du contrepoids pneumatique sur le

1. m p 4996 27 6 BE cin tique coulisseau BE cin tique matrice DE cin tique bielle m E cin tique vilebrequin iil E potentielle coulisseau BE potentielle matrice BE potentielle bielle DE potentielle vilebrequin Figure 23 Origine de l nergie dissip e par le frein lors d un freinage 100 pour la presse 8T La figure 24 nous donne la r partition de l nergie en pourcentage au cours de la descente du coulisseau du PMH au PMB Pourcentage 100 80 60 40 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Angle 10 degr s Figure 24 Origine de l nergie dissip e par le frein selon l angle de d but de freinage pour la presse 8T 40 IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage Contrairement ce qu on pourrait penser la contribution nerg tique cin tique du vilebrequin repr sente la plus grande partie de l nergie apport e au niveau de cette presse Celle ci provient de l inertie du vilebrequin et plus particuli rement des inerties des l ments tournants fix s sur l arbre du vilebrequin du syst me embrayage frein Par exemple dans le cas de la presse 8T l inertie de ces disques est 10 fois plus importante que l inertie de l arbre du vilebrequin 8 3 Les essais de freinage Quelques essais de fre
2. D autres nergies sont aussi pr sentes lors de la phase de freinage nergie de freinage Er nergie enlev e au coulisseau par le frein nergie divers E Energie enlev e au coulisseau par les v rins de contrepoids durant le freinage Eric Energie enlev e au coulisseau par la friction des diff rentes parties en mouvement durant la phase de freinage Lors du freinage il y a conservation de l nergie De fait l nergie qui contribue au freinage est gale l nergie qui contribue au mouvement E E mo E o E pro E pro E E quation 14 E E ono Een Emro Empr Eu Eg Ey Enr fric La r partition des diff rentes nergie pour un d but de freinage un angle de 100 est donn e la figure 23 presse 8T Dans le cas consid r pr s de la moiti de l nergie provient de l nergie cin tique de rotation du vilebrequin Ceci provient du fait que le vilebrequin comprend aussi le m canisme de freinage ainsi que le m canisme d embrayage de la presse et que ces deux m canismes ont une grande inertie de rotation compte tenu de leurs dimensions et de leurs masses La somme des nergies potentielles repr sentent moins de 4 de l nergie totale ce qui est n gligeable dans ce cas IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage 39 0 gt 2
3. au point mort bas PMB le coulisseau remonte avec le piston La pression diminue donc dans le circuit pneumatique et un certain volume d air peut tre introduit pour compenser les pertes ou chappements 3 2 3 R le Le contrepoids pneumatique exerce sur le coulisseau une force verticale ascendante durant tout le cycle de fonctionnement de la presse Dans la phase de descente celle ci s oppose au mouvement tandis que dans la phase de mont e elle va dans le sens du d placement du coulisseau Ainsi le syst me de contrepoids pneumatique permet de r duire la consommation excessive d nergie ainsi qu une partie des dommages et des usures occasionn s aux organes de la presse lors de son fonctionnement Cependant la signification du r le du contrepoids diff re suivant les sources consult es constructeurs utilisateurs ou autre source d information Voici les d finitions recueillies e Selon le dictionnaire en ligne www granddictionnaire com 9 Dispositif destin quilibrer le poids du coulisseau et de tout ce qui lui est rattach rattraper automatiquement le jeu dans les paliers du vilebrequin des bielles et des engrenages et viter la chute du coulisseau en cas de rupture de la bielle e Selon Techniques de l ing nieur 10 Ce sont des v rins pneumatiques qui rattrapent les jeux en rappelant le coulisseau vers le haut et qui vitent galement sa chute en cas de rupture de la bielle e Selon une do
4. Cependant si le nombre de matrices tester est trop important ou si le temps n cessaire cette op ration n est pas disponible il est possible d estimer les valeurs de r glage en effectuant une translation de valeur AP AMasse x 9 81 Surface des v rins N anmoins il est important de noter que ces estimations n apporteront pas autant de pr cision quant la valeur de la pression d quilibrage et donc pourront induire des effets dus un sous ou un sur quilibrage usure chocs Enfin chaque abaque r alis l aide de cette m thode ne s applique que sur la presse pour laquelle il a t tabli et ne peut donc pas tre utilis sur d autres presses de taille diff rente 28 IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage D autres ajustements et modifications de l abaque peuvent tre mis en uvre afin d am liorer cet outil de r glage Ainsi lors du cycle de fonctionnement de la presse si des bruits anormaux apparaissent ou si des d fauts notables apparaissent au niveau des pi ces fabriqu es il est alors indispensable de revoir les pressions jauges utilis es ainsi que l abaque tabli 6 5 Suivi et mise jour de l abaque L usure des l ments m caniques et du syst me pneumatique est in vitable et peut conduire modifier la pression d quilibre au niveau du contrepoids pneumatique Un s
5. coulisseau De plus cette m thode fait intervenir des probl mes de r sistance statique En effet la pression n cessaire la mise en mouvement d un objet est plus importante que celle n cessaire son quilibrage quand celui ci est d j en d placement friction dynamique lt friction statique D autre part cette m thode n est pas utilisable pour les presses lentes et surtout celles forts tonnages qui comportent un r ducteur engrenage avant le vilebrequin car les r sultats obtenus seraient alors peu pr cis IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps 23 d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage Cependant il faut noter que contrairement la seconde m thode il ne sera pas n cessaire de r diter l op ration pour toutes les matrices utilis es En effet en consid rant la diff rence massique des matrices sup rieures il suffira d ajuster la pression du contrepoids pneumatique d apr s les caract ristiques des v rins pneumatiques AP AMasse x 9 81 Surface v rins On notera que ces essais peuvent permettre d estimer le poids du coulisseau et des diff rentes matrices utilis es Les donn es obtenues pourront alors permettre l laboration d un abaque th orique pour l quilibrage statique du coulisseau et de la matrice qui lui est rattach e ou le rattrapage des jeux au PMB IRSST Mod lisation de l influence du contrepoi
6. tablir un bilan de la connaissance des op rateurs et du service de maintenance des presses embrayage friction Plusieurs consid rations ont t retenues la suite du traitement de ces donn es et observations notamment concernant les probl mes de s curit pouvant appara tre suite un mauvais r glage de la pression du contrepoids Ensuite une tude m canique a t mise en place conduisant l laboration d un mod le th orique permettant d tablir une plage de r glages de la pression du contrepoids pneumatique en fonction des param tres de fonctionnement cadence masse de matrice Enfin des essais en entreprises ont t men s pour valider la m thode d quilibrage et v rifier l applicabilit des r sultats sur des presses de diff rentes capacit s IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps 5 d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage 3 PR SENTATION DU CONTREPOIDS PNEUMATIQUE 3 1 Les presses embrayage friction Les presses embrayage friction sont des machines outils tr s utilis es dans les industries et ce depuis un tr s grand nombre d ann e Elles sont compos es d un b ti d un ensemble mobile qui anime un ou plusieurs coulisseaux d un mouvement de translation rectiligne et d un syst me de contrepoids pneumatique destin annuler l effet gravitationnel exerc sur ces derniers La mise
7. 0 1016 0 0508 13 1 493 c e o o 9 g a E 9 o c o o 2 des liaisons 120 150 180 210 240 270 300 330 360 Chargement Mise en tension des liaisons 0 degr s Figure 4 Force d inertie appliqu e au coulisseau en fonction de l angle du vilebrequin Dans ce cas nous aurons Fi Masse x Acc l ration La variation et le changement de signe de cette force d inertie tendent d placer les jeux dans les liaisons notamment entre le coulisseau et la bielle et entre la bielle et le vilebrequin 12 IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage On utilise les termes de compression et de tension pour d finir la position des jeux au niveau des liaisons entre la bielle et le coulisseau et la bielle et le vilebrequin La figure 5 illustre les deux situations compression et tension Points de contact Bielle en VEMM Points de contact tension dans les liaisons A LA A Bielle sous dans les liaisons compression VRBEM Figure 5 Position des jeux de liaison en compression gauche et en tension droite 4 3 Ph nom ne de choc Comme l tude dynamique pr c dente l a montr l effort entre le coulisseau et la bielle n est pas constant lors du cycle de fonctionnement de la presse Des efforts variables apparaissent alors au niveau des liaisons du syst me de tra
8. E o D a z 2 Cu Prus x quilibre Sous quilibrage Sur quilibrage P 40 psi P 0 psi P 80 psi Figure A 1 Variations de la puissance de moteur suivant l quilibrage r alis La premi re repr sentation gauche illustre le cas d un quilibrage parfait Les fluctuations de la puissance absorb e r sultant des forces d inertie sont tr s l g res Ainsi la puissance absorb e au cours de ce fonctionnement est voisine des 6 kW La seconde figure au centre montre le cas o il n y a pas d quilibrage Les variations de la puissance sont tr s prononc es et celle ci fluctue entre 1 et 11 5 kW De plus la puissance RMS Root Mean Square caract risant l chauffement du moteur sous une charge constante s l ve 9 9 kW Enfin la derni re repr sentation droite illustre un sur quilibrage avec galement une forte fluctuation de la puissance sur un cycle de fonctionnement La puissance RMS atteint 9 7 kW 50 IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage R capitulatif des mesures d quilibrage effectu es sur la presse 8 T Sans matrice 100 cpm Pression de r glage 60 psi Pression de r glage 70 psi Pression de r glage 80 psi Pression de r glage 90 psi IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique su
9. Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps 21 d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage 5 M THODES D QUILIBRAGE Il convient de distinguer l quilibrage statique quilibre du poids du coulisseau et de la matrice sup rieure et le rattrapage des jeux au PMB 5 1 M thode n 1 La premi re m thode consiste retrouver le fabricant de la presse et lui demander de fournir de nouveau la plaque signal tique recherch e pour le r glage du contrepoids pneumatique Cependant l information n est souvent plus disponible car les presses utilis es sont en g n ral assez vieilles et les constructeurs de ces machines peuvent ne plus exister ou encore ne plus avoir en leur possession les documentations relatives la presse De plus la presse peut avoir t modifi e apr s sa conception tant au niveau du contrepoids ou du fonctionnement g n ral modification du coulisseau des organes de liaisons sans que cela n ait t indiqu Les abaques de r glage de pression pour le contrepoids fournis par le constructeur ne seront donc plus applicables 5 2 M thode n 2 La seconde m thode consiste mesurer le courant lectrique du moteur d entra nement lorsque le coulisseau fonctionne vide i c sans pi ce dans la matrice et de r gler la pression du contrepoids pour que la charge du moteur soit identique la descente et la remont e du coulissea
10. concues pour des cadences et des efforts donn s Or dans le cas d un mauvais r glage du contrepoids ces conditions de fonctionnement ne sont pas respect es et entrainent ainsi une usure pr matur e ou non pr vue des diff rents l ments de la presse et des matrices En conclusion un mauvais r glage de la pression du contrepoids pneumatique tableau 6 est toujours pr judiciable pour la s curit et la productivit des presses IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps 35 d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage Tableau 6 Influence sur la s curit du sous quilibrage et du sur quilibrage du contrepoids Pression Effets n gatifs Effets positifs Sous pression sous quilibrage Pression ad quate Augmentation du temps d arr t de la presse Diminution de la s curit par le non soutien de la charge Endommagement de l enveloppe du cylindre Usure du lardon de guidage du coulisseau et des autres liaisons Perte de parall lisme entre les surfaces en contact des deux matrices Usure pr matur e ou endommagement des matrices Beaucoup de pi ces au rebut Augmentation de la s curit g n rale Vitesse du coulisseau constante Consommation d air comprim normale Conservation du parall lisme Minimisation de l usure R duction des contraintes sur la presse R duction des co ts d utilisation et de maintenance Su
11. de fabrication de la presse N anmoins le contrepoids standard figure 2 est compos en g n ral e De v rins pneumatiques reli s au coulisseau et au b ti de la presse Ils permettent ainsi le transfert d nergie lors du cycle de fonctionnement de la presse entre le syst me m canique et le syst me pneumatique Leur nombre et leur taille ont t d finis par le fabricant lors de la conception de la presse IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage De r servoirs d accumulation permettant lors du d placement du coulisseau de stocker l air vacu des v rins pneumatiques La pr sence d un tel syst me vite d avoir remplacer chaque cycle le volume d air vacu par les v rins Ceci permet ainsi de r aliser des conomies consid rables en ce qui concerne la consommation d air comprim De plus il convient de noter que si la capacit du r servoir est tr s grande par rapport au volume d air d plac par les v rins durant le d placement du coulisseau le r servoir joue indirectement un r le de r gulateur puisque la pression dans le r seau pneumatique sera alors peu variable D un pressostat permettant d interdire le fonctionnement de la presse dans le cas d une d faillance du syst me de contrepoids pneumatique D une vanne de r gulation manuelle permettant d ajuster la pression jaug
12. de la pression du contrepoids pneumatique Enfin il faut noter qu un mauvais r glage de la pression du contrepoids pneumatique peut avoir de graves cons quences pour la s curit des personnes utilisant les presses m caniques embrayage friction op rateurs personnel de maintenance en autre en affectant le temps d arr t du coulisseau 2 2 Objectifs Le pr sent rapport vise avant tout sensibiliser les industriels sur le r le que poss de le contrepoids pneumatique lors du fonctionnement de la presse notamment en pr cisant les cons quences de mauvais r glages de la pression jauge Une m thode d approche sera galement propos e afin d aider les utilisateurs des presses pour le r glage du contrepoids pneumatique en fonction des diff rentes caract ristiques et modes de fonctionnement Quatre grands points seront abord s Pr sentation du contrepoids pneumatique tude m canique de l quilibrage M thodes de r glage et d ajustement de la pression Cons quences de mauvais r glages ER N 4 IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage 2 3 M thodologie La premi re tape de recherche a t d effectuer une liste de tous les documents traitant du contrepoids pneumatique pour les presses embrayage friction En parall le plusieurs visites d entreprises ont t men es afin d
13. en mouvement de la presse m canique est obtenue l aide d un moteur lectrique qui stocke l nergie dans un volant d inertie Un syst me de vilebrequin et de bielle transforme le mouvement de rotation en un mouvement de translation alternative Pour enclencher ou arr ter le mouvement alternatif un syst me d embrayage et de frein est dispos entre le syst me de transformation du mouvement et le volant d inertie Cette configuration permet au moteur et au volant d inertie de rester en rotation entre deux cycles vitant ainsi de relancer le syst me chaque utilisation de la presse Afin de disposer de rep res pr cis relatifs la position des diff rents l ments de la presse lors de son fonctionnement un rep rage angulaire en degr s du vilebrequin est tabli figure 1 La position 0 repr sente le point mort haut PMH qui correspond la position la plus haute que peut atteindre le coulisseau lors d un cycle de fonctionnement Quant la position 180 elle repr sente le point mort bas PMB qui correspond la position la plus basse que peut atteindre le coulisseau lors d un cycle de fonctionnement Figure 1 Sch ma et rep re du vilebrequin et de la bielle 3 2 Le contrepoids pneumatique 3 2 1 Constitution Le syst me de contrepoids pneumatique plac sur les presses embrayage friction peut varier d un constructeur l autre suivant le mod le la capacit ou encore la date
14. friction et encore moins au sujet du r le du contrepoids pneumatique dans la s curit de cette machine Les travaux principaux sont plus centr s sur la valve de commande du frein Nous esp rons que la description du fonctionnement du contrepoids qui est faite dans ce document ainsi que le mod le th orique du mouvement de la presse lors de la phase de freinage serviront de base de travail aux utilisateurs et aux concepteurs de ces machines Nous avons corr l s les r sultats du mod le avec des mesures effectu es en entreprises mais nous n avons pu confirmer totalement la validit de notre mod le ainsi que les hypoth ses qui ont t pos es par exemple la non prise en compte des ph nom nes de frottement compte tenu du peu d essais r alis s en entreprise Il reste donc effectuer une campagne de validation du mod le propos afin d en v rifier sa pr cision et ses limitations Cependant certaines conclusions obtenues peuvent d j tre mises de l avant Le r glage en sous pression ou en surpression est un cas L importance de l inertie du vilebrequin en est un autre Le r glage du contrepoids devrait se faire dans une plage de pression limit e plage de r glage qui est fonction de la presse et de la matrice utilis e En dehors de cette plage id ale de r glage un r glage en sous pression est nettement plus n faste qu un r glage en surpression Lors d un r glage en sous pression le temps d arr t
15. leur r novation Guide l usage des utilisateurs et des pr venteurs Darves Mougeot ED 783 1995 INRS 37 p Presses pour le travail froid des m taux Am lioration de la s curit sur les presses en service dans le cadre de leur r novation Sp cifications techniques l usage des pr venteurs et des r novateurs Gillot Mougeot ED 782 1995 INRS 31 p Site Internet MetalForming Magazine www metalforming com magazine consult le 11 01 01 Site Internet Hinterman Integrated Systems Company www his co com consult le 03 05 00 Site internet Airflex fabricant d embrayages freins www airflex com consult le 10 04 01 Site internet Parker fabricant de v rins pneumatiques www parker com consult le 23 02 01 Site internet Transfom tal fabricant de presses m caniques www transfometal lupo com consult le 25 01 01 IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps 49 d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage ANNEXE INFLUENCE DU R GLAGE DU CONTREPOIDS SUR LA PUISSANCE DU MOTEUR L absence d quilibrage ou une pression trop importante au niveau du contrepoids pneumatique entraine d importantes variations de couple au niveau du vilebrequin variations qui sont ensuite transmises au moteur via le syst me d entrainement Comme l illustre la figure A 1 la puissance de moteur varie suivant l quilibrage r alis 9 9 kW z
16. m thode d quilibrage Cependant il se peut que le placement d un comparateur au niveau de la bielle soit difficile r aliser du fait de la g om trie de la presse ou par le manque de point d accroche du mat riel de mesure Dans ce cas il est possible de palier ce probl me en n utilisant qu un seul comparateur plac au niveau du coulisseau figure 14 Ainsi comme le montre le sch ma ci dessous il est possible d estimer la valeur des pressions d quilibre en d tectant le 1 mouvement du coulisseau lorsque celui ci est quilibr puis le 2 d placement lorsque le coulisseau et la bielle sont quilibr s figure 15 Cette approche est un peu moins pr cise que la pr c dente mais pr sente tout de m me de bons r sultats Figure 14 Utilisation d un seul comparateur sous le coulisseau Vilebrequin 90 D placement du coulisseau quilibrage du coulisseau et de la bielle quilibrage du coulisseau Pression jauge Effort du contrepoids pneumatique Figure 15 Visualisation des deux phases distinctes d quilibrage 6 3 Ajustement de la pression Le r glage de la pression jauge effectu pr c demment correspond l quilibrage statique Cependant durant le cycle de fonctionnement ce r glage peut ne plus correspondre parfaitement au but recherch En effet comme cela a t mentionn pr c demment les variations de la pression du contrepoids intervie
17. n est pas totalement quilibr e des chocs interviennent au niveau de la liaison entre le coulisseau et la bielle au moment du formage des pi ces Ce ph nom ne peut entra ner une usure pr matur e du lardon de guidage du coulisseau et une perte de parall lisme entre les surfaces en contact des deux matrices pouvant augmenter le pourcentage de pi ces mettre au rebut On notera galement que suite ce sous quilibrage les matrices inf rieure et sup rieure s useront plus rapidement Enfin les temps d arr t de la presse seront augment s et la capacit de retenue du coulisseau et de la matrice sup rieure sera diminu e Ces deux situations entra neront une r duction de la s curit pour le personnel utilisant ces machines en rendant possible l acc s entre les deux matrices au cours de la phase de freinage ou en n emp chant pas la chute du coulisseau et de la matrice sup rieure lors de la rupture de la bielle De fait un r glage en sous pression entra ne Une usure pr matur e ou endommagement des matrices Beaucoup de pi ces au rebut Une diminution de la s curit par le non soutien de la charge L endommagement de l enveloppe du cylindre Une usure du lardon de guidage du coulisseau et des autres liaisons Une perte de parall lisme entre les surfaces en contact des deux matrices L augmentation du temps d arr t de la presse La diminution de la s curit par le non soutien de la charge ainsi que l
18. qui est fonction du poids de la matrice sup rieure utilis e IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps iii d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage REMERCIEMENTS Pour la r alisation de cette activit de recherche nous avons b n fici de la collaboration de plusieurs personnes et nous aimerions adresser nos remerciements tous ceux qui de pr s ou de loin nous ont permis de mener bien cette tude Nous aimerions tout d abord remercier les deux tudiants de l INSA de Strasbourg ex ENSAIS qui ont particip activement cette tude dans le cadre de leur projet de fin d tude PFE Nous remercions aussi les entreprises qui ont accept de recevoir plusieurs membres de l quipe de recherche afin de visiter et d observer ou d effectuer des mesures et des essais sur leurs presses et plus pr cis ment e M Franck Parrot responsable du service sant et s curit de CAMCO e Mme Andr e Patoine responsable du service sant et s curit de Bombardier la Pocati re e M Denis Fournier du chantier naval Davie de L vis e Mme Anne Rivard ing nieur chez Siemens e M Marcel Lavoie lectrom canicien chez Electrolux pour ses commentaires techniques forts pertinents et son soutien technique lors de la visite ainsi que M Denis Laporte coordinateur Sant S curit e M Robert Bouchard ing nieur chez Azimut fabricant de presses p
19. quilibrage internes de la presse doivent tre faibles par rapport l acc l ration du coulisseau et l intensit des chocs dans les liaisons sinon les mesures sont difficilement exploitables voir figure 22 Figure 22 Relev s d acc l ration brouill s IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps 33 d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage 7 PROBL MES DUS AUX MAUVAIS R GLAGES Lors d un cycle de fonctionnement les diff rents organes de la presse sont soumis diff rentes contraintes La plupart de celles ci sont en partie limin es par le syst me de contrepoids pneumatique Ainsi un ajustement incorrect du contrepoids entra ne de nombreux effets sur les performances de la presse En effet le poids du coulisseau et tout ce qui lui est rattach pr sente une influence non n gligeable sur le fonctionnement de la presse lors de l op ration de formage Deux cas se pr sentent le sous quilibrage et le sur quilibrage Chacune de ces situations pr sente de nombreux inconv nients qu il faut liminer par un ajustement correct de la pression jauge 7 1 Sous pression Un r glage du contrepoids en sous pression pr sente de nombreux inconv nients tant du point de vue de la s curit pour les utilisateurs que d un point de vue conomique En effet sous l action du poids du coulisseau et de la matrice sup rieure qui
20. sin 9 r sin 6 v A cos 0 c IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps 11 d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage avec Ac acc l ration verticale du coulisseau 0 angle du vilebrequin r rapport de la longueur de la bielle sur le rayon d excentricit du vilebrequin R rayon d excentricit du vilebrequin O vitesse de rotation du vilebrequin Cette acc l ration introduit une force d inertie au niveau du coulisseau gale au produit de l acc l ration verticale du coulisseau par sa masse et celle de la matrice sup rieure qui lui est rattach e Il est important de noter que la force d inertie du coulisseau ne d pend que des caract ristiques g om triques et de la vitesse de la presse Compte tenu du mouvement alternatif du coulisseau cf exemple ci apr s de la presse 100 T tableau 2 et figure 4 l acc l ration n est pas constante et change de signe durant le cycle de fonctionnement de la presse La force d inertie appliqu e au coulisseau atteint sa valeur maximale au PMB On notera que plus la valeur de r rapport de la longueur de la bielle sur le rayon d excentricit du vilebrequin sera petite plus l inertie sera grande au PMB Tableau 2 Valeurs des param tres de la presse 100 T pour le calcul de l inertie Param tre Cadence cpm Course m Rayon exc m r Rapport L R Masse kg Valeur 150 15 7 rad s
21. 0 DSi earn tanen rta Ree n re eoa ru Ea REY aue Er a EF ex en tYeE as aee P PNE PRE 30 Figure 22 Relev s d acc l ration Droulll 8 sn vesntIe EVA IESRANE AR MOREM NS FUA MAR MIA 31 Figure 23 Origine de l nergie dissip e par le frein lors d un freinage 100 pour la presse 8T 39 Figure 24 Origine de l nergie dissip e par le frein selon l angle de d but de freinage pour la dicis ne an I 39 Figure A 1 Variations de la puissance de moteur suivant l quilibrage r alis 49 IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps ix d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage LISTE DES TABLEAUX Page Tableau 1 Valeurs des param tres de la presse 100 T 10 Tableau 2 Valeurs des param tres de la presse 100 T pour le calcul de l inertie 11 Tableau 3 Valeurs des param tres de la presse 100 T pour le calcul des efforts dans les liaisons 16 Tableau 4 Param tres utilis s pour la simulation de la variation de la pression du contrepoids 17 Tableau 5 Valeurs des param tres de la presse 8 T pour la visualisation de chocs avec un ACC L TOMELS NN M 28 Tableau 6 Influence sur la s curit du sous quilibrage et du sur quilibrage du contrepoids 35 Tableau 7 Importance des param tres de la presse sur le temps d ar
22. 05 ec 3523200404 2 60500 V e NE en TT sn detta ydo Te den No Seas ken 34 8 TEMPS DE FREINAGE DES PRESSES cececococococococoooooooooooooososososososesesesesesesesesus 37 8 1 LE TEMPS D ARR T DES PRESSES connnaret aieri 37 8 2 LE FREINAGE 7 2 noe eet A AR D Re CE O RAR A e AEE S CE 37 8 3 LES ESSAIS DE FREINAGE uses seseneeuonnnon an a a 44 Tae CA a ataia 40 8 4 ANALYSE DU TEMPS DE FREINAGE DES PRESSES ccccccsscececcccccessssococcccaeaassooecenens 40 8 5 CONCLUSION SUR LE TEMPS D ARR T DU COULISSEAU ccccccccccccccccccccccccccccceeeese 41 CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS cceeeeeeecececececococoooooooooooooosososososeueueseseseseseseseueses 43 R F RENCES 2 ue nd EE DEM en 45 BIBLIOGRAPHIE sssisiidistisdssitaiitetesscssinodesste sde tasctesenccssdde tai M 47 ANNEXE INFLUENCE DU R GLAGE DU CONTREPOIDS SUR LA PUISSANCE DU MOTEUR dc 49 IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps vii d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage LISTE DES FIGURES Page Figure 1 Sch ma et rep re du vilebrequin et de la bielle 5 Figure 2 Syst me standard de contrepoids pneumatique 6 Figure 3 Force du contrepoids n cessaire pour l quilibrage statique en fonction de l angle du VOIE DEEOUD a ee 10 Figure 4 Force d inertie appliqu e au coulisseau en fonction de l angle du vilebrequin 11 Figure 5 Position des jeu
23. 435 000 dollars De ces 180 accidents survenus au cours des ann es 1996 1998 162 90 ont pour si ges de l sion les mains et les doigts pour un d bours total pr s de 1 862 863 dollars 617 505 pour les mains et 1 245 358 pour les doigts Ces accidents ont repr sent en moyenne 110 jours d indemnisation et un co t moyen de 10 781 dollars soit une dur e d indemnisation trois fois plus longue et un co t trois fois sup rieur la moyenne des accidents des quatre secteurs concern s Ce rapport d tude vise avant tout synth tiser l ensemble des informations recueillies et trait es sur le contrepoids pneumatique Certains points ont t plus d taill s que d autres afin d am liorer la compr hension du probl me expos De plus certaines donn es et am liorations ont t apport es par rapport aux rapports d tudes effectu s pr c demment 1 5 et regroupant l ensemble des recherches et des calculs 6 8 De plus une nouvelle m thode d approche pour le r glage du contrepoids pneumatique a t propos e Celle ci a t valid e par des essais men s dans diff rentes entreprises avec l appareil de mesure de l IRSST et le mod le math matique Protection par loignement les membres sup rieurs de l op rateur sont tenus suffisamment loign s du point de pincement et l op rateur n a pas le temps en rel chant les commandes de l atteindre avant que le coulisseau ne s arr te IRSST Mod lisati
24. Figure 18 Sous quilibrage Pg 20 psi 30 IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage e Pg 40 psi sous quilibrage Les d formations existent toujours 3 4 mais se sont d plac es figure 19 Nous sommes toujours en situation de sous quilibrage e Pg 50 psi quilibrage Les chocs ont totalement disparus et la courbe est devenue lisse figure 20 On peut donc estimer que dans cette configuration pour le contrepoids pneumatique le rattrapage des jeux dans les liaisons est effectu e Pg 80 psi sur quilibrage On observe l apparition de nouveaux ph nom nes 5 6 plut t li s aux efforts g n r s par le contrepoids figure 21 Il convient de noter que les mesures pr c dentes ont t r alis es en laboratoire sur une presse de tr s faible capacit et cadence lev e Cependant plusieurs essais en entreprise nous ont permis d prouver cette m thode et d en valider le principe Figure 21 Sur quilibrage Pg 80 psi N anmoins il a t constat que dans certains cas l tude de ce ph nom ne est d licate r aliser En effet le bruit provenant des autres machines et le niveau vibratoire des l ments IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps 31 d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d
25. Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage Laurent Giraud Serge Mass Denis Turcot Daoud Ait Hadi S bastien Tanchoux Christophe Cramp 93H UH dU 1 53011 4 t Solidement implant au Qu bec depuis 1980 l Institut de recherche Robert Sauv en sant et en s curit du travail IRSST est un organisme de recherche scientifique reconnu internationalement pour la qualit de ses travaux RECHERCHES travaillent pour vous Contribuer par la recherche la pr vention des accidents du travail et des maladies professionnelles ainsi qu la r adaptation des travailleurs qui en sont victimes e Offrir les services de laboratoires et l expertise n cessaires l action du r seau public de pr vention en sant et en s curit du travail Assurer la diffusion des connaissances jouer un r le de r f rence scientifique et d expert Dot d un conseil d administration paritaire o si gent en nombre gal des repr sentants des employeurs et des travailleurs l IRSST est financ par la Commission de la sant et de la s curit du travail POUR EN SAVOIR PLUS Visitez notre site Web Vous y trouverez une information compl te et jour De plus toutes les publications dit es par l IRSST peuvent tre t l charg es gratuitement wwwW irsst qc ca Pour connaitre l actuali
26. R 15 4 5 COMPORTEMENT DU CONTREPOIDS eene eere e erre nnne nh rrr rrr nnne nn 16 5 M THODES D QUILIBRAGE L PE EE 21 5 1 METHODEN Tni ipie dva eer PON YEDH e tePIS URN EDM eser sens c din cie late VES ed DDM eer secs een 21 5 2 METHODE N 2222220923050249 tetectvexiveceenidteaeisivec deesse EE tedi edd zede 21 5 3 METHODEN MS ETE ELT let le en E 22 6 APPROCHE PROPOS E sseeeeessseorssscosseorssseoossccosssccosssccssesccsseecosseecrsseccrssecorssecessseeoss 25 6 1 CARACT RISATION DE LA MACHINE ET DU SYSTEME DE CONTREPOIDS c e e esc 25 6 2 TABLISSEMENT DE LA PRESSION DE R GLAGE eerte tenent 25 vi IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage 6 3 AJUSTEMENT DE LA PRESSION ccccccececcccccccsseeseccccecssessscsocecasssssesoceasesessssoseaeesesessuss 26 6 4 R ALISATION DE L ABAQUE D UTILISATION cccccccecccicicicicicecicececacececececececeoecenenena 27 6 5 SUIVI ET MISE JOUR DE L ABAQUE eee e eene neret aesti seen e tene esee eaaet tena ais 28 6 6 REMARQUE uenueeuicfieneri eieuiecdiegu eaten aee un ien 28 6 6 1 Exemple d application pour une presse BT enne 29 7 PROBL MES DUS AUX MAUVAIS R GLAGES eere eon en en totos tnout 33 7 1 SOUSSPRESSIONN toss or PE anne nn rate tds ina 33 7 2 SURPRESSION dus 262224
27. a dur e de freinage effectif fe e D lai de commande de freinage Cy temps compris entre l activation de la commande de freinage et le d but du freinage e Dur e du freinage effectif fc temps compris entre le d but du freinage et l arr t du coulisseau On consid re le coulisseau arr t lorsque sa vitesse est inf rieure 10mmy s Pour mesurer ces diff rents temps l IRSST 3 4 a mis au point un chronom tre Logiciel des Presses M tal LPM permettant de faire des mesures de freinage ponctuelles sans modifier la presse existante Ce chronom tre est compos d un syst me d acquisition et de traitement de donn es et d un capteur de d placement Il mesure en continu le d placement du coulisseau et garde en m moire l instant d activation de la commande de d part l instant de la commande de freinage ainsi que l instant de l arr t du coulisseau Ces donn es permettent de d terminer le temps de fermeture et la distance d arr t du coulisseau ce qui permet d valuer le temps d arr t de la presse pour diff rentes positions du coulisseau Il est ainsi possible de r aliser des essais la vitesse maximale du coulisseau position qui n cessite le plus d nergie pour l arr ter donc qui occasionne le plus long temps d arr t 8 2 Le freinage Lors du freinage l nergie cin tique et potentielle de la presse est transform e en chaleur dans le frein ce qui a pour effet d arr ter le mouvement de la presse Afi
28. augmentation du temps d arr t de la presse sont deux l ments qu il faut tout prix viter En effet il est rare que la bielle casse lorsque la presse est arr t e mais si le contrepoids ne joue pas son r le de retenue la chute du coulisseau et de la matrice qui lui est fix e sera in vitable et ne laissera aucune chance au personnel qui se trouvera cet instant dans la zone dangereuse situ e entre la matrice inf rieure fixe et la matrice sup rieure mobile 34 IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage 7 2 Surpression Un r glage en surpression pr sente galement des inconv nients majeurs Ainsi lors de la phase de descente du coulisseau l nergie emmagasin e dans le volant d inertie sera en partie absorb e par les v rins pneumatiques Lors de l op ration de formage l nergie restante peut se r v ler insuffisante conduisant alors un collage des deux parties de la matrice De plus le contrepoids s opposant au mouvement dans la phase de descente une pression jauge trop importante entra nera une usure excessive du moteur surcharge et du syst me d embrayage et de frein lors de la mise en cycle Les roulements et les liaisons seront galement soumis de fortes contraintes obligeant effectuer de fr quentes et co teuses op rations de maintenance De fait un r glage en surpression e
29. b Py quation 2 Avec R rayon d excentricit du vilebrequin L longueur de la bielle L position du centre de gravit du vilebrequin par rapport son axe de rotation Rg distance entre le centre de gravit de la bielle et le centre de la liaison bielle vilebrequin 0 position angulaire du vilebrequin P poids du coulisseau et de la matrice qui lui est rattach e Py poids de la bielle P poids du vilebrequin L quation 2 devient L R sin 0 cos 0 E 2 1 sin 0 R sin 0 cos 0 quation 3 R sin 0 L M 1 sin 9 La figure suivante montre l volution de la force du contrepoids pneumatique qui est n cessaire pour quilibrer statiquement le coulisseau et tous les l ments qui lui sont rattach s tableau 1 en fonction de la position angulaire du vilebrequin P R sin O P R sin 0 P 0 0 z 10 IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage F N 17800 4 17700 4 m Mm miy g 17600 PT ER ASE 17500 17400 0 30 60 90 120 150 180 6 degr s Figure 3 Force du contrepoids n cessaire pour l quilibrage statique en fonction de l angle du vilebrequin Tableau 1 Valeurs des param tres de la presse 100 T Param tre m kg m kg ma kg m kg R m L m L m R m Vale
30. cccccccrccccseccccococcsasee 3 2 1 PROBLEMATIQUE 2252065662344620 veta cerc desert ea tbe nette dl tete vf aret suis 3 2 2 OBJECTIFS NOR m 3 2 3 METHODOLOGIE 5 2 reto a dep EpUe id EP rte cons X HEP EE PEE Cei ED tes EE te ED ep Cea ebd ud evi R edd 4 3 PR SENTATION DU CONTREPOIDS PNEUMATIQUE e cccceccceccccecccoccccocccooccosoces 5 3 1 LES PRESSES EMBRAYAGE FRICTION ccccccccccccccecccececacececacecececeneoeoeoeneceneneneoaneeensa 5 3 2 LE CONTREPOIDS PNEUMATIQUE eeeeeeeneneheneen nene nene ess enun nnn enses esie e sese ense sss en enun 5 3 2 1 CONSUULLON ssssicccossiscscasseccvsessccsssossecesoessscss ssscccossssesessessccenosssiccc0as3c0ev253c00809554060 8493660 5 3 2 2 Fonctionnement actuel des syst mes types 7 3 2 3 Roles c e E A UM LU DM ITE 7 4 TUDE M CANIQUE ececeneneenrnnentn nonton ta ttntan ta tonta nta to atat ea tensa ea tesa enses a seb sets nsp setenta 9 A JEXUDESDUTIQUE amener OR RU 9 4 2 TUDE DYNAMIQUE teet te Eie ie tet vei ca Ei eiie E et E dune ate tele 10 4 3 PH NOM NE DE CHOC 5 rre tese et ee etta p nenc aa ee e rx gp be qea ede ERR qu Ceu aede aaa 12 4 4 INFLUENCE SUR L QUILIBRAGE suisses sessssecnnneneee secs ennt tete nn eset esa n eite e nasse saine nun 13 4 4 1 Liaison bielle coulisseau esee eene eee eres resa sr seres series ee soa 13 4 4 2 Liaison bielle vilebreg ih PM Em 14 4 4 3 R capitulatif EE E E E
31. cumentation de Ross 11 Un quilibreur pneumatique r duit les dommages sur les composants de la transmission caus s par les efforts importants mis en jeu lors du changement de direction du coulisseau apr s avoir effectu son travail e Selon un article de la revue The Fabricator 12 e Un quilibreur fonctionnant correctement retient en engagement positif toutes les liaisons afin d liminer au point mort bas les effets de chocs 8 IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage e Selon l article de la revue Sheet Metal Industries 11 Un concepteur calcule la taille des v rins de contrepoids de mani re quilibrer les masses du coulisseau et de la matrice sup rieure S il ne conna t pas le poids de cette derni re il fera ses calculs avec la masse d un bloc de dimension Le x 1 x h avec L longueur nominale du coulisseau le largeur nominale du coulisseau h hauteur prise gale au tiers de la distance bas du coulisseau au PMB A la lumi re de ces diff rentes d finitions et de nos connaissances des presses nous pouvons d finir les fonctions principales d un contrepoids pneumatique comme servant 1 viter la chute du coulisseau en cas de rupture de la bielle 2 quilibrer statiquement le poids du coulisseau et de ce qui lui est rattach 3 Rattraper les jeux de mani re viter les choc
32. de la presse est augment et la capacit de retenue du coulisseau et de la matrice sup rieure est affect e En cas de r glage en surpression 1l y a g n ration d efforts r sistants plus important lors du fonctionnement de la presses efforts qui entra neront la longue une usure de la presse et des interventions de maintenance mais la s curit de la presse n est pas affect e L importance de l inertie cin tique du vilebrequin appara t clairement lors de la phase de freinage de la presse Bien que les donn es utilis es ici ne proviennent que d un chantillon restreint de presses il apparait clairement que le vilebrequin et le syst me d embrayage et de frein ont une inertie cin tique de rotation non n gligeable qui influence grandement le temps d arr t de la presse La modification pour des raisons techniques du syst me d embrayage ou de frein 15 d une presse ou de l lectrovanne double corps 16 peut donc avoir des cons quences plus importantes que pr vues sur le temps d arr t de la presse et sur la s curit des op rateurs De m me l augmentation de la cadence de la presse aura elle aussi des cons quences dommageables pour le s curit des utilisateurs car elle augmente le temps d arr t En plus du mod le th orique pr sent nous avons d velopp une nouvelle proc dure d quilibrage du contrepoids pneumatique Cette nouvelle proc dure permet de s affranchir des 44 IRSST Mod lisation de l inf
33. diminution du freinage va entra ner une augmentation catastrophique du temps d arr t du coulisseau 8 5 Conclusion sur le temps d arr t du coulisseau Les conclusions ci dessous font suite notre analyse Elles tiennent compte de nos hypoth ses et proviennent en majorit du mod le que nous avons mis en place Une s rie d essais exp rimentaux serait utile pour confirmer nos propos Nous partirons donc du principe que ces remarques sur les diff rentes presses sont coh rentes et nous nous appuierons sur elles pour la suite de notre tude Les param tres dont nous avons tudi l influence durant notre tude ne pr sentent pas tous la m me importance et sont class s dans le tableau 7 Tableau 7 Importance des param tres de la presse sur le temps d arr t du coulisseau Param tre Importance sur le temps d arr t du coulisseau Couple de freinage Tr s grande Cadence de la presse Tr s grande Angle de d but de freinage Grande Masse de la matrice Grande Pression du contrepoids pneumatique Grande Les deux param tres qui ont une tr s grande influence sur le temps d arr t du coulisseau sont le couple de freinage et la cadence de la presse Le premier a une influence inversement exponentielle qui accentue l augmentation du temps de freinage lorsque la valeur du couple diminue Le second a une influence lin aire mais avec un coefficient directeur lev Les trois param tres qui ont une grande
34. ds pneumatique sur le temps 25 d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage 6 APPROCHE PROPOS E Les m thodes de r glage de la pression jauge du contrepoids pneumatique propos es pr c demment sont assez longues mettre en oeuvre et demandent parfois certains outils que ne poss dent pas l utilisateur ou le possesseur de la machine Cependant une m thode de substitution existe Cette nouvelle approche comporte 5 grandes tapes qui sont d crites ci dessous 6 1 Caract risation de la machine et du syst me de contrepoids Avant d effectuer tout r glage il est n cessaire d identifier les diff rentes caract ristiques de la presse et du syst me de contrepoids pneumatique Cette p riode d identification vise conna tre e les dimensions de la presse e les caract ristiques de fonctionnement course cadence e les caract ristiques du coulisseau de la bielle et du vilebrequin dimensions poids centres de gravit e lescaract ristiques de matrices sup rieures utilis es e letype de contrepoids pneumatique e les r glages limites de la pression jauge minimum et maximum 6 2 tablissement de la pression de r glage Pour d finir la pression jauge n cessaire tablir l quilibrage statique du coulisseau et tout ce qui lui est rattach deux approches sont possibles La premi re consiste calculer partir des caract ristiques de la presse masse du coul
35. ds suivant le mode de fonctionnement figures 11 et 12 et suivant la course du coulisseau a t mis en place notamment dans les rapports d tudes effectu s pr c demment Les principaux param tres utilis s sont d taill s dans le tableau 4 Tableau 4 Param tres utilis s pour la simulation de la variation de la pression du contrepoids P Pression du contrepoids pneumatique Pg Pression jauge initiale XC D placement du coulisseau C Course totale du coulisseau Ty Rapport entre le volume d air d plac par les v rins et le volume d air des r servoirs et des conduites pneumatiques 18 IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage Les quations sont En mode manuel P P 7 quation 12 Pression psi rv 1 2 rv 1 4 rv 1 6 rv 1 8 rv 1 10 D placement du coulisseau mm Figure 11 Pression du contrepoids en mode manuel suivant la position du coulisseau IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps 19 d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage En mode continu quation 13 Pression psi 100 90 80 70 60 50 40 D placement du coulisseau mm 30 Figure 12 Pression du contrepoids en mode continu suivant la position du coulisseau IRSST
36. e d quilibrage 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 R F RENCES valuation des risques associ s l utilisation des presses m tal dans l industrie qu b coise Raymond B langer Serge Mass et coll R 085 juin 1994 IRSST Montr al 60 p Presse embrayage friction D termination de l emplacement des commandes bimanuelles Raymond B langer Serge Mass et coll RG 100 juin 1995 IRSST Montr al 15 p Chronom tre d arr t et de fermeture des presses m caniques Denis Turcot J r me Boutin et Serge Mass R 265 mai 2001 IRSST Montr al 33 p Chronom tre d arr t et de fermeture des presses m caniques Guide technique Denis Turcot J r me Boutin et Serge Mass RG 265 mai 2001 IRSST Montr al 35 p valuation d une entrave mobile visant am liorer la protection des op rateurs de presses friction Raymond B langer Serge Mass et coll R 264 janvier 2001 IRSST Montr al 19 p Les presses embrayage friction et la s curit Christophe Camp amp S bastien Tanchoux rapport principal projet de fin d tudes juin 2001 IRSST 120 p Calculs de simulation sur les presses travailler froid Serge Mass ao t 2000 IRRST 80 p Notes de cours sur les presses m taux Serge Mass septembre 2000 IRSST 30 p Site Internet le grand dictionnaire terminologique encyclop die en lig
37. e du contrepoids Elle est g n ralement accompagn e d un manom tre permettant de visualiser la valeur de la pression dans le circuit pneumatique Il est important de noter que la lecture du manom tre se fait avant ou apr s un cycle de fonctionnement et que le coulisseau est alors au point mort haut PMH D un syst me d chappement permettant d vacuer du syst me pneumatique le volume d air exc dentaire ou en surpression Vanne de s curit sur pression W R servoir D eX DEMNM Filtre et silencieux Vanne de vidange V rin pneumatique Manom tre Entr e d air filtr et lubrifi a Coulisseau Pressostat R gulateur V Vanne de vidange Figure 2 Syst me standard de contrepoids pneumatique IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps 7 d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage 3 2 2 Fonctionnement actuel des syst mes types Lorsque le cycle de fonctionnement de la presse d bute le coulisseau descend verticalement en entra nant le ou les v rins pneumatiques Le d placement du piston du v rin entra ne une augmentation de la pression dans le circuit pneumatique Le syst me de r gulation intervient alors en ramenant la pression la valeur r gl e sur la vanne de contr le manuelle Apr s le travail de la matrice effectu
38. e l influence du contrepoids pneumatique sur le temps d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage Figure 7 Bilan des forces appliqu es au coulisseau L application du principe fondamental de la dynamique permet d tablir l quation suivante P F F B 0 quation 6 Pour liminer les ph nom nes de choc dans cette liaison il faut que l effort B reste toujours n gatif suivant le d placement du coulisseau soit B lt 0 entra ne F gt P Fic quation 7 D o 2 2 9 _ ns _ SEO GUT Ro quation 8 4 r sin 0 DE r sin 8 4 4 2 Liaison bielle vilebrequin La bielle est soumise son propre poids P la force d inertie verticale Fit l action du coulisseau sur la bielle Bx et l action verticale du vilebrequin sur la bielle Ax La force not e A correspondant l action du vilebrequin sur la bielle n est priori pas connue ni en intensit ni en direction C est pourquoi cette derni re a t plac e arbitrairement de fagon ascendante Il faut noter que la figure 8 repr sente seulement les r sultantes verticales des forces qui s appliquent sur la bielle De plus par soucis de simplifier la d monstration aucun ph nom ne de frottement n a t pris en compte dans cette tude Nous avons Fi force d inertie verticale au niveau de la bielle appliqu e au centre d inertie Py poids de la bielle Ax r sultante verticale de l act
39. f rieure la pression de r f rence le r gulateur fait entrer de l air comprim dans le circuit De ce fait la pression mi course du vilebrequin est toujours sup rieure la pression de r f rence Ce sc nario se reproduit lors du premier tour de la presse en mode continu Mais ensuite apr s plusieurs cycles le r gulateur essaye de limiter au mieux les pics et chutes de pression dus respectivement aux positions basses PMB et hautes PMH du coulisseau Le nouveau point de r f rence devient alors la mi course De ce fait en position haute la pression est l g rement plus faible et en position basse la pression est l g rement plus lev e que la pression de r f rence Pour les presses cadence faible la r gulation est plus efficace compte tenu des longs temps de cycle et c est pourquoi l on observe sur ces mod les de faibles variations de pression Compte tenu de ces diff rences de r gulation expliqu es pr c demment il en r sulte que la pression dans les v rins du contrepoids pneumatique est plus lev e en mode manuel ou lors des premiers cycles d marrage en mode continu que lors du fonctionnement en mode continu Ce faisant le contrepoids pneumatique exerce un effort sup rieur en mode manuel par rapport au mode continu Ainsi un quilibrage en mode continu pourra conduire un sur quilibrage en mode manuel Fy manuel gt Fy continu Un mod le simulant la variation de la pression du contrepoi
40. ge SOMMAIRE Les presses m taux sont par essence m me des machines dangereuses car l op rateur doit r guli rement acc der la zone de danger comprise entre les deux matrices pour les op rations de production Cette recherche porte sur les presses m caniques qui utilisent un embrayage friction et qui repr sentent la moiti du parc machine au Qu bec Cet embrayage friction permet d arr ter le mouvement de la presse au cours d un cycle de la machine par exemple lorsque l op rateur rel che la commande bimanuelle de la presse Mais compte tenu de l inertie de ces machines l arr t du coulisseau n est pas imm diat et il existe encore de nombreuses possibilit s d accidents comme le prouvent les chiffres de la CSST Plus une presse sera grosse et plus son temps d arr t sera grand Si la protection du personnel est assur e par son loignement de la machine il se peut que les distances n cessaires ne soient plus compatibles avec le travail demand Afin de r duire le plus possible le temps de freinage sans modifier les caract ristiques de la machine cette tude tente de faire le point sur les param tres qui l influencent Le contrepoids pneumatique est l un de ces points car son r glage par l op rateur ou par le personnel de maintenance influence significativement le temps de freinage Afin de bien cerner l influence de la pression du contrepoids pneumatique sur le temps de freinage des presses embraya
41. ge nous avons pr cis sa conception et son fonctionnement puis nous avons mod lis son comportement statique et dynamique Les r sultats de cette mod lisation nous permettent de d tailler l influence de la pression du contrepoids sur le temps de freinage de la presse et sur son quilibrage Par la suite nous avons fait le bilan des diff rentes mesures d quilibrage qui sont utilis es et nous proposons une nouvelle m thode d quilibrage des presses nouvelle m thode qui permet un quilibrage statique ou dynamique selon les besoins L influence de la sous pression ou de la surpression du contrepoids sur l quilibrage et le fonctionnement de la presse est aussi d taill e dans ce rapport Les r sultats de la mod lisation nous permettent aussi de quantifier l influence des diff rentes composants de la presse sur le temps de freinage et de voir que l nergie cin tique du vilebrequin et de l embrayage est le facteur le plus influent Les param tres de fonctionnement de la presse qui influencent le plus le temps d arr t du coulisseau sont en ordre d croissant la cadence de la presse le nombre de coup par minute suivi par la pression du contrepoids et la masse de la matrice Cependant d autres facteurs de conception influencent le temps de freinage C est le cas du couple de freinage dont l influence est exponentielle Finalement le r glage optimal de la pression du contrepoids doit se faire dans une plage de pression limit e
42. inage ont t r alis s l aide de plans d exp riences 14 dans des entreprises qui utilisent des presses m tal Les r sultats que nous avons obtenus taient concordants avec ceux issus de la simulation du fonctionnement des presses diminution du temps de freinage lors de l augmentation de la pression du contrepoids augmentation du temps d arr t lors de l augmentation de la masse de la matrice Cependant compte tenu des imp ratifs de production et de la nature des essais qui devaient tre r alis s variation de la masse des matrices variation de la pression du contrepoids variation de la cadence etc tous les essais n ont pu tre r alis s comme convenu Par exemple l effet de la modification de la cadence sur le temps de freinage n a pu tre mesur De m me l effet de la modification de l inertie du vilebrequin et des l ments qui lui sont rattach s frein n a pu tre mesur 8 4 Analyse du temps de freinage des presses Suite aux simulations du fonctionnement de la presse et aux essais r alis s en entreprises nous avons pu d terminer que e Le temps d arr t du coulisseau est influenc par l angle de d but du freinage Le temps d arr t est minimal lorsque l angle de d but de freinage est nul le coulisseau passe au PMH et est maximal lorsque l angle de d but est compris entre 90 et 100 le coulisseau atteint sa vitesse lin aire maximale Ce ph nom ne est d autant plus marqu que
43. influence sur le temps d arr t de la presse sont l angle de d but de freinage la masse de la matrice ainsi que la pression du contrepoids pneumatique Le premier a une influence gaussienne centr e aux alentours de 90 100 Les deux autres ont une influence lin aire croissante ou d croissante lorsque la masse de la matrice augmente le temps de freinage augmente alors que lorsque la pression du contrepoids augmente le temps d arr t diminue Enfin le mode de fonctionnement de la presse par coups ou continu a une influence faible sur le temps de freinage mais cette influence d pend aussi d autres facteurs tels que la configuration du syst me pneumatique le r gulateur de pression utilis par exemple Mais il faudrait d autres tudes pour la caract riser plus pr cis ment mais compte tenu de sa faible importance ceci n a pas t r alis IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps 43 d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS L ensemble des visites en entreprise a montr que le r glage du contrepoids tait rarement effectu et ce m me en pr sence de plaques signal tiques indiquant la pression jauge en fonction du poids de la matrice sup rieure Les recherches bibliographiques effectu es nous ont montr qu il existait peu de documents publi s au sujet de la s curit des presses embrayage
44. ion du vilebrequin sur la bielle Bx r sultante verticale de l action du coulisseau sur la bielle IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage 15 L application du principe fondamental de la dynamique permet d tablir l quation suivante P Fi Bx A 0 quation 9 Pour liminer les ph nom nes de choc dans cette liaison il faut que l effort A reste toujours n gatif suivant le d placement du coulisseau soit Ax lt 0 entra ne F gt P P4 Fic Fi quation 10 d o 1 sin 20 2 cos 9 1 sin 0 r sin 0 F gt 2 2 sy eos 2 sin 2 0 d O sin 9 r sin 0 4 4 3 R capitulatif Ro Ro v V quation 11 Ainsi afin d viter les chocs dans ces liaisons 1l est possible de rattraper les jeux dans les liaisons bielle coulisseau et bielle vilebrequin en appliquant une pression jauge adapt e Cependant comme il l a t pr cis pr c demment ce rattrapage de jeux n est pas toujours r alisable notamment pour les presses cadence lev e et dont les masses en mouvement sont importantes Les deux figures suivantes figure 9 et figure 10 illustrent l volution des efforts dans ces liaisons en fonction de la position du vilebrequin et du r glage du contrepoids dans trois cas e D quilibrage
45. ire d augmenter la valeur de la pression pour rattraper les jeux des liaisons IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps 13 d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage Compression Compression Tension due au formage Figure 6 Points de contact de la bielle lors du cycle de la presse 4 4 Influence sur l quilibrage 4 4 1 Liaison bielle coulisseau Le coulisseau est soumis son propre poids et celui de la matrice sup rieure qui lui est rattach e la force d inertie l action de la bielle sur le coulisseau et la force exerc e par le contrepoids pneumatique La force not e B correspondant l action de la bielle sur le coulisseau n est priori pas connue ni en intensit ni en direction C est pourquoi cette derni re a t plac e arbitrairement de fa on ascendante Il faut noter que la figure 7 repr sente seulement les r sultantes verticales des forces qui s appliquent sur le coulisseau De plus par soucis de simplification aucun ph nom ne de frottement n a t pris en compte dans cette tude Nous avons Fico force d inertie verticale au niveau du coulisseau P poids du coulisseau et de la matrice sup rieure F action du contrepoids sur le coulisseau consid r e constante durant tout le cycle de fonctionnement B r sultante verticale de l action de la bielle sur le coulisseau 14 IRSST Mod lisation d
46. isseau de la matrice sup rieure et de la bielle taille du v rin la pression jauge correspondante Cependant certaines de ces donn es peuvent tre difficilement accessibles masse de la bielle et du coulisseau En l absence de ces valeurs de masse la seconde approche s impose Cette seconde approche consiste arr ter le coulisseau au milieu de sa course vilebrequin 90 et placer deux comparateurs l un sur le coulisseau et l autre sur la bielle Ensuite en augmentant et en diminuant la pression jauge on note les valeurs pour lesquelles un d placement vertical est d tect au niveau des comparateurs Ainsi une variation pour le comparateur du coulisseau indiquera que celui ci est quilibr et pour la bielle que le coulisseau et tout ce qui lui est rattach est quilibr Cet quilibrage peut se faire avec ou sans matrice sup rieure Dans le cas o une matrice est attach e au coulisseau il suffira de noter la pression n cessaire l quilibrage de la masse exc dante induite par la matrice la pression d quilibre relev e Par rapport la m thode n 3 du chapitre pr c dent cette nouvelle m thode ne n cessite pas de d monter la presse de un deux jours de travail selon la taille de la presse et peut tre r alis e par une seule personne rapidement en moins d une heure 26 IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps d arr t du coulisseau des presses friction et
47. l nergie cin tique de translation du coulisseau et de la matrice est grande par rapport l nergie cin tique de rotation essentiellement due au vilebrequin e Le temps d arr t du coulisseau augmente de fa on lin aire en fonction de la masse de la matrice Ce ph nom ne est d autant plus marqu lorsque la masse de la matrice est grande par rapport la masse du coulisseau e Le temps de freinage d croit de fa on lin aire en fonction de la pression du contrepoids pneumatique e Le temps de freinage de la presse augmente de fa on lin aire en fonction de la cadence de la presse ou la vitesse de rotation du vilebrequin Ce ph nom ne est d autant plus marqu que l nergie cin tique de rotation du vilebrequin est grande par rapport l nergie cin tique de translation du coulisseau et de la matrice Nous pouvons dire que la cadence de la presse a une influence majeure sur le temps de freinage e Le temps d arr t du coulisseau d croit de fa on inversement exponentielle en fonction du couple de freinage Cependant le couple de freinage n est pas un param tre r glable de la presse mais un param tre qui varie en fonction de l usure des garnitures La conclusion IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps 41 d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage utile de ce ph nom ne est qu une faible diminution de freinage est acceptable mais qu une grande
48. l e dans le circuit pneumatique lors du cycle de fonctionnement de la presse Cependant cette r gulation est plus ou moins exacte suivant la technologie utilis e et la cadence de la presse En effet lors de nombreuses visites il a t observ des variations de 15 psi 103 kPa pour une pression d sir e IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps 17 d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage de 45 psi 310 kPa a la mi course du coulisseau auquel tait attach e une matrice tr s l g re soit plus de 30 de variation G n ralement le circuit pneumatique du contrepoids est utilis selon les deux modes de fonctionnement de la presse le mode manuel et le mode continu Lors du d marrage en mode manuel lorsque le coulisseau est son point mort haut depuis un certain temps la pression dans les v rins du contrepoids pneumatique et dans les r servoirs d accumulation est celle qui est indiqu e par le r gulateur pneumatique pression de r f rence au point de r f rence Lors de la descente du coulisseau la pression augmente compte tenu du d placement de la tige des v rins et le r gulateur joue alors son r le de r ducteur de pression en laissant chapper de l air Cependant cette r gulation ne peut tre que partielle compte tenu de la vitesse du cycle Ensuite lors de la remont e du coulisseau la pression diminue et si elle devient in
49. les commandes bimanuelles et la zone de point de pincement afin de ne pas placer les commandes trop proches de la zone dangereuse de la presse Lorsque la variation du temps de freinage en fonction de la masse de la matrice utilis e est grande il nous semble n cessaire que l emplacement des commandes bimanuelles puisse tre modifi facilement par les op rateurs afin d ajuster la distance conform ment au temps d arr t mesur de la presse Pour cela nous sugg rons de d velopper le logiciel LPM afin d y inclure des fonctions relative l quilibrage du contrepoids La diffusion de ce logiciel permettrait aux entreprises de r aliser une maintenance pr ventive de leurs presses en faisant une v rification p riodique du temps d arr t de ces derni res Toutes ces recommandations pour le bon ajustement du contrepoids permettent d augmenter la s curit des op rateurs en allongeant les distances de s curit de r duire les risques li s l usure excessive de la machine d augmenter la qualit des pi ces produites conditions id ales de fonctionnement de diminuer les co ts en r duisant la consommation d air dans le cas d un sur quilibrage en r duisant la consommation lectrique moteur moins charg et en diminuant les lourdes op rations de maintenance usure moindre IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps 45 d arr t du coulisseau des presses friction et m thod
50. luence du contrepoids pneumatique sur le temps d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage contraintes temps de mise en uvre important outils n cessaires d montage partiel de la presse d montage des organes de s curit frein etc impos es par les proc dures existantes appliqu es en entreprises De plus elle permet d effectuer dans un premier temps l quilibrage statique du coulisseau et de tout ce qui lui est rattach et dans un deuxi me temps de v rifier dynamiquement le r glage effectu en comparant les temps de fermeture et d ouverture de la presse Enfin une m thode de v rification du rattrapage des jeux de la presse est aussi pr sent e dans ce rapport Cette m thode simple et rapide mettre en uvre permet de visualiser les chocs qui sont cr s lors du rattrapage des jeux dans les liaisons de la presse et de le minimiser en ajustant la pression du contrepoids pneumatique Nous pensons que les r sultats de cette tude sur le fonctionnement du contrepoids pneumatique et sur son r le dans la s curit des presses embrayage friction permettront de sensibiliser les industriels et les utilisateurs sur la n cessit d effectuer un r glage appropri du contrepoids pneumatique pour chacune de leurs presses et pour chaque matrice utilis e sur ces derni res Enfin une fois ces r glages effectu s il convient aussi d ajuster les distances de s curit entre
51. n de d terminer l nergie dissiper 1l faut d terminer l nergie cin tique et potentielle de la presse l instant o d bute le freinage Cette nergie initiale est constitu e de nergie cin tique Eco nergie cin tique lin aire du coulisseau au moment de l application du frein fonction de la vitesse du coulisseau Emo nergie cin tique lin aire de la matrice au moment de l application du frein fonction de la vitesse du coulisseau Ew nergie cin tique angulaire du vilebrequin au moment de l application du frein fonction de la vitesse du vilebrequin 38 IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage Ebi nergie cin tique lin aire des bielles au moment de l application du frein fonction de la vitesse du coulisseau Eno nergie cin tique angulaire des bielles au moment de l application du frein fonction de la vitesse du vilebrequin nergie potentielle Echo et Eent nergie potentielle du coulisseau initiale et finale au d but et la fin du freinage Embo et Embhf nergie potentielle de la matrice initiale et finale au d but et la fin du freinage Ego et Ear nergie potentielle de l excentricit du vilebrequin initiale et finale au d but et la fin du freinage Ebho et Ebhf nergie potentielle des bielles initiale et finale au d but et la fin du freinage
52. ne www granddictionnaire com terme consult quilibreur consult le 12 01 01 Presses Ren Martin Techniques de l ing nieur volume BT article B7570 1979 Paris 4 p Principles of counterbalance systems mars 1999 Entreprise Ross Controls USA 6 p The importance of counterbalance cylinders Bob Kotynsky October 1998 The Fabricator 1998 pp 52 54 Counterbalancing systems for presses Roger Sapolsky d cembre 1970 Sheet Metal Industries Londres pp 1131 1136 Jacques Demonsant Comprendre et mener des plans d exp riences AFNOR 1996 Paris 192 p Dispositifs embrayages freins Analyse fonctionnelle et r sultats d essais J Marsot et M Jacquim INRS Cahiers de notes documentaires n 186 2002 p 67 72 lectrovannes double corps analyse fonctionnelle r sultat d essai J Marsot et J L Lannier INRS Cahiers de notes documentaires n 179 2000 p 63 72 IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps 47 d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage BIBLIOGRAPHIE Mechanical Presses Heinrich M kelt 1968 Ed Edward Arnold 307 p Mechanical Press Fundamentals Robert Soman 1986 American Metal Stamping 65 p Optimum Design d exp riences Manuel d utilisation juin 1993 Entreprise EXACT 127 p Presses pour le travail froid des m taux Am lioration de la s curit sur les presses en service dans le cadre de
53. nnent C est pourquoi il est n cessaire d effectuer un ajustement du r glage lors du fonctionnement de la presse IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps 27 d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage Cet ajustement peut tre fait l aide d un syst me de mesure qui permet d enregistrer les temps de fermeture et d ouverture de la presse Ainsi si l quilibrage statique est bien r alis ces temps seront gaux figure 16 Dans le cas contraire il faudra effectuer une modification en cons quence Temps fermeture gt Temps ouverture sur quilibrage d o diminution de la pression Temps fermeture Temps ouverture quilibrage Temps fermeture lt Temps ouverture sous quilibrage d o augmentation de la pression Temps de fermeture Temps d ouverture Sur quilibrage Zone d quilibre statique Pression jauge Sous quilibrage Figure 16 Position de la zone d quilibre statique selon la diff rence entre les temps de fermeture et d ouverture 6 4 R alisation de l abaque d utilisation Lorsque l ajustement a t effectu pour une masse de matrice donn e le r glage des pressions jauges pour les autres masses de matrices se fait par des essais successifs sur la presse Ces tests permettront ainsi la r alisation d un abaque de r glage de la pression jauge en fonction de la masse de la matrice sup rieure
54. nsformation du mouvement Ce ph nom ne a pour cons quence d introduire de violents chocs dans les liaisons entre le coulisseau et la bielle et entre la bielle et le vilebrequin notamment lors de l op ration de formage qui met l ensemble m canique en compression En effet il existe deux origines pour ces chocs tout d abord les efforts variables cr s par les forces d inertie et l effort d l op ration de formage au PMB Les liaisons qui relient le coulisseau la bielle ainsi que la bielle et le vilebrequin ne sont pas parfaites et poss dent des jeux de fonctionnement Ainsi le point de contact change au cours du cycle de fonctionnement de la presse comme le montre la figure 6 suivante Un r glage appropri de la pression jauge du contrepoids pneumatique de la presse permet de r duire voire d liminer compl tement la pr sence de ces contraintes l utilisation du contrepoids peut permettre de charger la bielle en compression durant tout le cycle de fonctionnement de la presse et ainsi d viter ce probl me Cependant il est important de retenir qu un tel r glage n est pas toujours possible ni toujours recommandable En effet la cadence de la presse peut entra ner des forces d inertie trop grandes qui ne peuvent tre compens es par le contrepoids ou qui n cessiteraient un sur quilibrage important du contrepoids avec tous les inconv nients associ s Il faut donc toujours consid rer dans quelle mesure il est n cessa
55. ntra ne Le collage des deux parties de la matrice Une usure excessive de l embrayage et du frein Un arr t impr cis du coulisseau Une perte de productivit due au d brayage du moteur surcharg Des co ts de maintenance lev s pour cause d usure pr matur e des bielles et des port es de roulements Une vitesse du coulisseau non constante e Une hausse de la consommation d air comprim Cependant un r glage en surpression peut tre acceptable si la pression requise est n cessaire pour maintenir les jeux des composants de la presse au point mort bas Ceci aura pour but de conserver le parall lisme de minimiser l usure de r duire les contraintes sur la presse de r duire les co ts d utilisation et de maintenance et d augmenter la s curit g n rale De plus un r glage en surpression permet de diminuer le temps de freinage de la presse ce qui augmente la s curit des utilisateurs Un r glage en surpression est pas recommand mais est plus acceptable qu un r glage en sous pression Il est important de noter que les contrepoids pneumatiques sont dimensionn s pour quilibrer le poids du coulisseau et de ce qui lui est rattach Il est aussi important de noter que le fait de ne jamais effectuer de r glage du syst me de contrepoids pneumatique entrainera long terme des interventions de maintenance importantes sur la presse et les matrices r usinage des matrices de travail En effet les presses sont
56. on de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps 3 d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage 2 PROBL MATIQUE OBJECTIFS ET M THODOLOGIE 2 1 Probl matique De nombreuses visites d entreprises effectu es par les chercheurs de l IRSST ont r v l que le r glage du contrepoids pneumatique sur les presses embrayage friction n tait pas fait de fa on optimale Plusieurs facteurs menant un mauvais r glage du contrepoids pneumatique ont t identifi s Mentionnons entre autres le manque d information sur l influence du contrepoids transmise lors de la formation des r gleurs ainsi que la disparition ou l occultation non volontaire de la plaque signal tique illustrant le r glage de la pression du contrepoids en fonction du poids de la matrice attach e au coulisseau de la presse emp chant ainsi le r gleur de s y r f rer Plus les presses sont vieilles plus la probabilit que cette plaque soit manquante ou cach e par la boite de contr le des commandes augmente Il devient donc impossible de faire un r glage pr cis En effet la pression de r glage du contrepoids d pend des caract ristiques g n rales du syst me m canique vilebrequin bielle coulisseau matrice sup rieure cadence ainsi que du syst me pneumatique dimensions des v rins pneumatiques De ce fait une m me matrice utilis e sur deux presses diff rentes pourra entrainer un r glage diff rent
57. our les informations techniques relatives aux presses Il faut galement souligner la collaboration de M Tony Venditi conseiller de l Association sectorielle paritaire secteur fabrication de produits en m tal et de produits lectriques pour ses conseils et informations Nous voudrions enfin remercier les membres de l quipe S curit ing nierie qui ont particip la r alisation de l activit et qui depuis l laboration du devis jusqu la r daction du rapport nous ont offert un support professionnel de qualit et nous ont encourag s J r me Boutin Renaud Daigle Micheline Laperle et Christian Sirard IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps v d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage TABLE DES MATI RES Page dOAITEVIdoeTCr I REMERCIEMENTS 42 i ore eo eope ss ce PES aos go sheo Booo er ERocePee be CE rod Sar Ro eu eo doc Us Xa ones eS CCP EFE LR NeE da III TABLE DES MATI RES mener ta tf pu Pe c tii ER eeb bc OR Eu edente V LISTE DES FIGURES eeeeeeeeeee eese ee eese ee eeenno nass ses eese esee sess sese e eese en ss sese sees eese eese se se ses ee noce VII LISTE DES TABLEAUX 4 sese onec nicd co ree k eene reno eG ere o eene ae aUi oC Us DE ed so Eoo QUO CP ace Len Rea eei essa sesos isise IX 1 INTRODUCTION m 1 2 PROBL MATIQUE OBJECTIFS ET M THODOLOGIE ecccc
58. pparait dans l annexe A de ce rapport 22 IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage Puissance zone d quilibre Moteur sous quilibrage sur quilibrage Figure 13 Influence de l quilibrage du contrepoids sur la puissance du moteur 5 3 M thode n 3 La troisi me m thode consiste arr ter le coulisseau au milieu de sa course vilebrequin 90 tout en le maintenant solidement en place Une fois ceci fait l ensemble m canique compos de la matrice sup rieure du coulisseau de la bielle et du vilebrequin est d solidaris du moteur et le frein est d sactiv Ensuite il reste trouver la pression du contrepoids qui permet d quilibrer les efforts au niveau du coulisseau ce dernier peut alors rester sa position d quilibre sans aucun apport Mais cette op ration est longue et difficile car elle n cessite e de bien bloquer le coulisseau e d abaisser la pression du contrepoids pour que le coulisseau repose sur ses blocs e de d coupler le moteur du volant de la presse e de d connecter la vanne de s curit de son circuit de commande et la brancher sur un circuit de contournement afin de d sactiver le frein et activer l embrayage e enfin d augmenter graduellement la pression du contrepoids pour obtenir l quilibre du
59. r t du coulisseau 41 IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps 1 d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage 1 INTRODUCTION Les presses m caniques utilisant un embrayage friction repr sentent pr s de la moiti des 4 600 presses utilis es au Qu bec 1 Une minorit de ces presses est utilis e uniquement en mode automatique et la majorit est utilis e en modes manuel et automatique ce qui entra ne l utilisation de commandes bimanuelles On peut donc affirmer compte tenu de sa simplicit et de son int gration aux circuits de commande que la protection par loignement en utilisant des commandes bimanuelles est le moyen de protection le plus utilis sur les presses Par ailleurs il est clairement tabli selon B langer et coll 1 2 et selon Turcot et coll 3 que plusieurs facteurs dont le mode de production influencent le temps d arr t des presses friction Pour les secteurs d activit Produits m talliques Machines quipements de transport et Produits lectriques les statistiques de la CSST des ann es 1996 1998 mentionnent que 180 accidents repr sentant un d bours total de 1 862 863 dollars sont survenus sur des presses m taux code CSST 35600 35610 35630 35690 Ces chiffres sont voisins de ceux des ann es 1992 1994 qui mentionnaient que 238 accidents taient survenus pour un d bours total de 1
60. r le temps 51 d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage Sans matrice 150 cpm Pression de r glage 40 psi Pression de r glage 50 psi Pression de r glage 60 psi Pression de r glage 70 psi Pression de r glage 80 psi Pression de r glage 90 psi
61. rpression sur quilibrage Collage des deux parties de la matrice Usure excessive de l embrayage et du frein Arr t impr cis du coulisseau Perte de productivit due au d brayage du moteur surcharg Co ts de maintenance lev s pour cause d usure pr matur e des bielles et des port es de roulements Vitesse du coulisseau non constante Hausse de la consommation d air comprim Diminution du temps d arr t de la presse Augmentation de la s curit g n rale Peut limiter le jeux des composants au point mort bas Peut aider conserver le parall lisme Peut aider minimiser l usure Peut aider r duire les contraintes sur la presse Peut aider r duire les co ts d utilisation et de maintenance IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps 37 d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage 8 TEMPS DE FREINAGE DES PRESSES Maintenant que nous avons d taill la partie th orique des presses ainsi que leur quilibrage et les inconv nients li s aux r glages en sous pression ou en surpression voyons ce qu il en est du temps d arr t des presses et des possibilit s de mesure et d am lioration 8 1 Le temps d arr t des presses Le temps d arr t ta est le temps compris entre l activation de la commande d arr t et l arr t effectif du coulisseau Ce temps est la somme du d lai de commande de freinage Cp et de l
62. s dus au d placement du jeu lors de l op ration de formation au PMB Compte tenu des nombreuses et diverses significations du r le du contrepoids pneumatique nous allons faire une tude m canique statique et dynamique de ce m canisme pour mettre en valeur ses diff rentes fonctions ses plages de fonctionnement et ses limites IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps 9 d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage 4 TUDE M CANIQUE 4 1 tude statique L tude th orique de l quilibrage statique du coulisseau et de la matrice qui lui est rattach e est relativement simple r aliser En effet il suffit d effectuer le r glage de la pression jauge de sorte que l effort exerc par le contrepoids pneumatique F soit gal et oppos au poids total du coulisseau et de la matrice sup rieure P Cette tude est valide quelle que soit la matrice utilis e et la position angulaire du vilebrequin F P quation 1 Dans le cas o il est n cessaire d quilibrer statiquement le coulisseau et tout ce qui lui est rattach matrice bielle il faut consid rer d autres facteurs tels que les centres de gravit et les poids de la bielle et du vilebrequin De plus on notera que la pression jauge du contrepoids pneumatique n cessaire cet quilibre variera suivant la position dans laquelle se trouve le vilebrequin F fonction R L Le Rg Ov P P
63. statique du coulisseau de la matrice sup rieure et de la bielle e cas O compensation des forces d inertie du coulisseau et de la matrice sup rieure e cas compensation des forces d inertie de la bielle 16 IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage Tableau 3 Valeurs des param tres de la presse 100 T pour le calcul des efforts dans les liaisons Param tre Cadence cpm L m L m R m m kg m kg Mn kg Valeur 100 10 46 rad s 0 6604 0 095 0 058 302 1 243 250 Effort N Effort dans la liaison bielle coulisseau 40000 Equilibrage n 1 30000 Equilibrage n 2 Equilibrage n 3 20000 4 10000 4 0 Position angulaire du vilebrequin degr s Figure 9 Effort dans la liaison bielle coulisseau selon les niveaux d quilibrage O et Effort N Effort dans la liaison bielle vilebrequin 50000 Equilbrage n 1 Equilbrage n 2 30000 Equilbrage n 3 40000 20000 10000 0 Position angulaire du vilebrequin degr s Figure 10 Effort dans la liaison bielle vilebrequin selon les niveaux d quilibrage O et 4 5 Comportement du contrepoids Les syst mes de r gulation permettent de conserver la valeur de la pression jauge r g
64. t de la recherche men e ou financ e par l IRSST abonnez vous gratuitement au magazine Pr vention au travail publi conjointement par l Institut et la CSST Abonnement 1 877 221 7046 IRSST Direction des communications 505 boul De Maisonneuve Ouest Montr al Qu bec H3A 3C2 T l phone 514 288 1551 T l copieur 514 288 7636 publications irsst qc ca www irsst qc ca Institut de recherche Robert Sauv en sant et en s curit du travail ao t 2004 Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage Laurent Giraud ing stag Serge Mass ing et Denis Turcot ing S curit ing nierie IRSST Daoud Ait Hadi ing et S bastien Tanchoux D partement de g nie m canique Universit Laval Christophe Cramp INSA de Strasbourg Cliquez recherche i www irsst qc ca P Cette publication est disponible V en version PDF sur le site Web de l IRSST Cette tude a t financ e par l IRSST Les conclusions et recommandations sont celles des auteurs 93H UH dU 1 SION RAPPORT 4 CONFORM MENT AUX POLITIQUES DE L IRSST Les r sultats des travaux de recherche publi s dans ce document ont fait l objet d une valuation par des pairs IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps i d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibra
65. u Compte tenu des diff rents parasites bruits lectriques friction m canique pr sents ainsi que la pr cision des outils de mesure amp rem tre et manom tre cette m thode n est pas pr cise et peut facilement amener des erreurs significatives sur le r glage de la pression du contrepoids Ce r glage est d autant plus difficile r aliser lorsque la variation de la pression du contrepoids entre les positions haute PMH et basse PMB est importante En effet de grandes variations de pression allant jusqu 30 psi sont fr quentes Ce r glage est aussi d licat r aliser si le temps de cycle est court car la lecture de l amp rem tre devient alors tr s difficile De plus cette proc dure doit tre effectu e pour toutes les matrices qui seront utilis es sur la presse surtout si les poids des matrices sup rieures sont sensiblement diff rents Cependant on peut noter que sur certaines presses un amp rem tre est plac directement sur la structure et permet l utilisateur de savoir comment travaille la machine et ainsi d ajuster la pression jauge du contrepoids pneumatique La repr sentation graphique suivante figure 13 illustre la variation de la puissance de moteur lors de l augmentation de la pression du contrepoids pneumatique passage d un tat de sous quilibrage un tat de sur quilibrage On notera que cette courbe a t obtenue suite une simulation informatique Une application num rique a
66. uge pour le rattrapage des jeux Par ailleurs parfois seule la variation de la pression du contrepoids lors de la descente du coulisseau remplit ce r le Pour les presses de plus grande cadence et de plus faible capacit une tude pratique est r alisable l aide d un acc l rom tre plac sur le coulisseau Ainsi il est possible de visualiser la pr sence ventuelle de chocs dus au rattrapage des jeux de liaisons tableau 5 et figures 17 23 et ainsi de r ajuster la pression jauge du contrepoids pneumatique Tableau 5 Valeurs des param tres de la presse 8 T pour la visualisation de chocs avec un acc l rom tre Param tre Cadence cpm m kg R cm Mn kg L cm m kg Valeur 100 11 14 3 81 0 15 24 4 98 IRSST Mod lisation de l influence du contrepoids pneumatique sur le temps 29 d arr t du coulisseau des presses friction et m thode d quilibrage Montage g n ral propos Vilebrequin en rotation Syst me d acquisition Acc l rom tre CO OO Der z v 297 Effort du contrepoids pneumatique Figure 17 Montage d un acc l rom tre sur la matrice sup rieure 6 6 1 Exemple d application pour une presse 8 T e Pg 20 psi sous quilibrage On visualise ais ment plusieurs d formations 1 2 de la courbe d acc l ration figure 18 qui correspondent aux chocs dus aux rattrapages des jeux Nous pouvons donc conclure que l on se situe nettement en sous quilibrage
67. uivi r gulier de la pression jauge permet de rectifier les r glages et souvent d identifier l apparition de probl mes l aide de l abaque En effet si apr s un certain temps d utilisation la pression jauge n cessaire l quilibrage est beaucoup plus lev e ou plus faible que celle relev e lors de l tablissement de l abaque pour les m mes conditions de fonctionnement cadence masse de matrice il peut s agir de l apparition d une usure ou d un d faut de fonctionnement usures du frein des v rins des conduites du moteur d entrainement 6 6 Remarque La m thode mise en place pr c demment ne concerne que l quilibrage du coulisseau et tout ce qui lui est rattach mais ne prend pas en compte le rattrapage des Jeux des liaisons entre la bielle et le coulisseau et entre la bielle et le vilebrequin En effet m me si l aide des calculs th oriques men s pr c demment il est possible d tablir la valeur de la pression jauge n cessaire pour maintenir ces jeux durant le cycle de fonctionnement de la presse il n en est pas de m me en pratique pour le r glage sur la machine A ce jour peu de m thodes pratiques existent permettant de mesurer ou m me d valuer le rattrapage des jeux Cependant pour les presses faible cadence il est possible d estimer l ajustement n cessaire en g n ral assez faible entre la pression jauge pour l quilibre du coulisseau et tout ce qui lui est rattach et la pression ja
68. ur 1 243 302 250 400 0 0508 0 6604 0 095 0 Dans le cas o R est nul il est int ressant de noter que pour un angle de 90 degr s du vilebrequin la force g n r e par le contrepoids correspond exactement la somme des poids du coulisseau de la matrice sup rieure et de la bielle F P P quation 4 De plus comme cela a t d crit pr c demment le r le du contrepoids est d quilibrer le coulisseau et tout ce qui lui est rattach mais aussi d viter sa chute suite la rupture de la bielle ou suite une d faillance de l embrayage ou du frein l arr t PMH C est pourquoi il est n cessaire de consid rer la valeur maximale de r glage de la pression jauge dans la mesure o l cart constat entre la pression 0 degr et 90 degr s est important 4 2 tude dynamique Lors du fonctionnement de la presse le coulisseau se d place verticalement avec une vitesse variable Il est donc sujet de nombreuses forces r action inertie gravitation fonction de son propre poids de celui de la matrice qui lui est rattach e de l action de la bielle ou du contrepoids pneumatique Une tude cin matique du syst me de transformation du mouvement permet de d terminer l quation de l acc l ration du coulisseau en fonction des param tres de r glage de la presse L quation de l acc l ration verticale du coulisseau est alors 1 sin 2 0 2 cos 0 l Ro quation 5 j K 4
69. x de liaison en compression gauche et en tension droite 12 Figure 6 Points de contact de la bielle lors du cycle de la presse 13 Figure 7 Bilan des forces appliqu es au CODISSCAUL cosciente rto PSP etant 14 Figure 8 Bilan des forces appliqu es la bielle 15 Figure 9 Effort dans la liaison bielle coulisseau selon les niveaux d quilibrage O et 16 Figure 10 Effort dans la liaison bielle vilebrequin selon les niveaux d quilibrage O et O16 Figure 11 Pression du contrepoids en mode manuel suivant la position du coulisseau 18 Figure 12 Pression du contrepoids en mode continu suivant la position du coulisseau 19 Figure 13 Influence de l quilibrage du contrepoids sur la puissance du moteur 22 Figure 14 Utilisation d un seul comparateur sous le coulisseau eene 26 Figure 15 Visualisation des deux phases distinctes d quilibrage 26 Figure 16 Position de la zone d quilibre statique selon la diff rence entre les temps de fermeture et d oUvVertUTE MM d 27 Figure 17 Montage d un acc l rom tre sur la matrice sup rieure 29 Figure 18 Sous quilibrage Pg 20 psi rss 29 Figure 19 quilibrage Pg 40 psi ressens 30 Figure 20 quilibrage Pg 50 psi tentent teniente to ttes 30 Figure 21 Sur quilibrage Pg 8

Modélisation de l`influence du contrepoids pneumatique sur le

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