3. Présentation de la structure de provenance (l’EPAC) et d’accueil
3.2. Présentation de la structure d’accueil
3.2.2. Situation géographique de l’URFMAN
Figure 4 : Plan de situation géographique de l’URFMAN 3.2.3. Mission de l’URFMAN
Au nombre des missions assignées à l’URFMAN, elle est appelée à :
Répondre aux besoins en équipements des transformateurs/trices et producteurs ;
Générer des technologies à travers l’expérimentation en mécanisation pré et post-récolte ;
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Former les fabricants d’équipements, les mécaniciens et utilisateurs à la fabrication, à la maintenance et à l’utilisation des équipements pré et post-récolte.
Adapter les technologies agricoles existantes et concevoir de nouvelles en vue d’augmenter les rendements ;
D’assurer la conservation des sols et d’améliorer les conditions de travail des paysans ;
3.2.4. Références techniques
Pour le moment, l’URFMAN s’investit dans le développement et l’adaptation d’équipements post-récolte, notamment :
les équipements de transformation du manioc : trancheuse, râpeuse, presse à vis;
les équipements de transformation du maïs : égreneuse à maïs ;
les équipements de transformation de l’arachide : moulin à mouture humide d’arachide, malaxeur-extracteur d’huile ;
les équipements de transformation des fruits de palme : dépulpeur, presse à huile palmiste, défibreuse, clarificateur, déshydrateur ;
les équipements de transformation de la noix de karité : séchoir ;
les équipements de transformation du riz : batteuse et décortiqueuse, etc.
En tant que centre de formation, l’URFMAN applique une méthodologie d’apprentissage qui met l’accent sur, d’une part, l’acquisition de connaissances théoriques et technologiques et d’autre part, sur les travaux pratiques et projets avec des outils et matériels pédagogiques professionnels permettant d’aboutir à la maîtrise des compétences nécessaires à l’exercice de la profession. Comme référence en matière de formation, nous pouvons énumérer :
La formation du technicien de l’Institut de Technologie Alimentaire du Sénégal (ITA). Monsieur NDIAYE Youssouf, technicien à l’Institut de
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Technologie Alimentaire (ITA) de Dakar au Sénégal, a séjourné à l’URFMAN, dans le cadre d’un stage de formation ;
Dans le cadre de la collaboration entre l’URFMAN et l’EPAC, trois (03) promotions d’étudiants de la filière Machinisme Agricole y ont suivi un stage de formation. Ce stage est réalisé sur la base d’un programme validé par l’Ecole Polytechnique d’Abomey- Calavi (EPAC) et l’URFMAN ;
La formation d’étudiants de l’Institut de Technologie de Lokossa (IUT), plusieurs étudiants de l'IUT de Lokossa ont réalisé à l'URFMAN leur stage de fin de formation pour l'obtention du diplôme de Licence Professionnelle.
Il faut souligner que les équipements utilisés à l’URFMAN lors des prestations sont à la hauteur des ambitions légitimes des apprenants quant à leur qualité et similitude avec ceux utilisés dans les entreprises. Quel que soit le type de formation, une attestation précisant la teneur du stage (thème, durée) sanctionne le cursus suivi.
3.2.5. Travaux effectués
Au cours de notre stage, plusieurs travaux ont été faits dans l’atelier mécanique. Voici une liste des travaux effectués :
Travaux de soudage ;
Travaux d’affutage, de meulage ;
Travaux de réalisation des grilles ;
Construction des équipements ;
Des opérations sur le tour comme : le dressage, le chariotage, le perçage, le filetage, le chanfreinage, réalisation d’une poulie ;
Montage de tout type de roulement
Exercice de modélisation de quelques pièces sur topsolid
En voici quelques photos montrant les travaux effectués sur le lieu du stage :
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Photo 3: Le chariotage sur le tour Photo 4: Le sciage de fer rond
Photo 5: Le découpage de tôle noir Photo 6: Réalisation de grille
Exercice sur le logiciel TopSolid
Définition
TopSolid est un logiciel de Dessin Assisté par Ordinateur (DAO) ou Conception Assisté par Ordinateur (CAO) dont le but premier est de faire la conception des pièces mécaniques.
Photo de quelques Exercices faits avec le logiciel topsolid
Photo 7 : pulvériseur Photo 8 : Gyrobroyeurs
Réalisation d’une égreneuse motorisée de maïs :
L’équipement est constitué d’une trémie, d’une grille, d’un tambour portant des marteaux, d’un ventilateur, d’un moteur, d’une poulie à deux gorges et bien d’autres éléments qui participent aussi à son bon fonctionnement.
En effet, le mécanisme a pour fonction de séparer les grains de maïs de l’épi et de brasser d’air sur ces grains via le ventilateur afin de les débarrasser des autres impuretés.
Photo 9: Egreneuse de maïs
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TROISIEME PARTIE
:ETUDE ET CONCEPTION D’UNE
PRESSE DE DENSIFICATION
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4. Etude et conception d’une presse de densification à balle de riz 4.1. Caractérisation physique et mécanique de la balle de riz
et du bois du teck
Une meilleure connaissance des caractéristiques physiques et mécaniques du matériel végétal mise en œuvre dans la fabrication des briquettes, permettra une approche plus précise dans le choix des matériaux et des calculs de
résistances.
Cette partie est consacrée dans un premier temps, aux matériels et méthodes utilisés pour la caractérisation du matériel végétal ainsi que les résultats obtenus. Dans un second temps, nous présenterons la structure de la machine avec la description de ces composantes et nous finirons par le
dimensionnement des différentes pièces de la machine.
4.1.1. Matériels et méthodes 4.1.1.1. Matériel
Matériel végétal
Le matériel végétal utilisé est constitué d’échantillons de balle de riz prélevés dans l’unité de décortiquerie d’Adjohoun (CAFROP) lors de nos visites et du bois de teck. Quelques coques de riz ont été prises et des échantillons de teck afin de poursuivre les travaux de laboratoire. Pour évaluer les caractéristiques des briquettes obtenues à partir des balles de riz à celles du bois, le choix de l’étude a porté sur le bois de teck.
Photo 10 : Echantillon de la balle de riz et du bois du teck
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Matériels de laboratoire
La caractérisation de la balle de riz et du bois de teck a été effectuée au sein du laboratoire du PTAA. Le matériel de laboratoire utilisé est composé :
d’une balance électronique de précision ;
d’une éprouvette graduée ;
du dispositif de mesure de la charge de brisure ;
d’une étuve pour la teneur en eau ;
et enfin, d’un dispositif de mesure du coefficient de frottement de la matière sur les tôles.
4.1.1.2. Méthodes
Evaluation massique et détermination de la teneur en eau des balles de riz et du bois de teck.
A l’aide de la balance électronique on détermine la masse d’un volume de 200 ml de balle de riz et du teck de diamètre 40 mm de longueur 50 mm. Cinq (5) grammes de chaque échantillon sont mis à l’étuve pendant 24 heures afin de déterminer la teneur en eau des coques et du teck ; 03 essais ont été effectués.
- m : masse de l’échantillon après évaporation d’eau (g)
Photo 11 : Prise de la masse
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Evaluation volumique des balles de riz et du bois de teck
Volume spécifique
Pour déterminer le volume spécifique, une masse de 150 g de chaque échantillon a été versé dans une éprouvette graduée. Après avoir tassé ce dernier, on lit le volume occupé par l’échantillon. Le volume spécifique des balles et du teck est le volume de l’échantillon mesuré tel qu’il se loge dans un récipient de volume connu, avec le vide inter-granulaire naturel.
Volume réel et masse volumique
Ici, il s’agit de déterminer le volume réel de 150 g prélevé dans chaque échantillon. En se basant sur le principe d’Archimède, on procède comme suivant :
Remplissage de l’éprouvette d’une quantité d’eau précise ;
Ajout des 150 g d’échantillon prélevé ;
Mesure du volume d’eau excédentaire.
Les résultats de cette opération nous ont permis de calculer le volume réel moyen d’une tige et d’évaluer la masse volumique de cette dernier ;
Evaluation du coefficient de frottement
La méthode du plan incliné a été utilisée pour calculer le coefficient de lentement jusqu’au moment où la coque qui y est posée bouge. L’angle maximal au repos θ est choisi dans l’abaque de détermination des angles.
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Le coefficient de frottement recherché est donc la tangente de l’angle maximal déterminé :
μs = tanβ
Photo 12 : Dispositif de détermination du coefficient de frottement
Evaluation de la charge de brisure
L’effort à la rupture est la caractéristique qui influence le plus directement la brisure. La mesure de la force de rupture du teck a été réalisée par la méthode de l’évaluation de la résistance à la compression avec un dispositif constitué d’une presse et d’une balance. On prélève au hasard 6 teck de hauteur 10 mm.
La force nécessaire à la brisure des tecks a été déterminée suivant la position d’équilibre. Le teck est disposé sur le plateau de la balance, et on agit sur la presse qui communique l’effort appliqué au teck axialement dans un premier temps et dans un second temps radialement jusqu’à la brisure. La masse appliquée pour écraser le bois de teck détermine l’effort de brisure. La valeur maximale de la mesure sur chaque teck représente la force à l’écrasement du teck.
Photo 13 : Dispositif de détermination de la charge de brisure
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4.2. Résultats et discussions
4.2.1. Caractérisation des coques de riz et du teck 4.2.1.1. Masses et teneur en eau
Le tableau 11 présente la teneur en eau (ou taux d’humidité) des balles de riz et du teck, ainsi que la masse de 200 ml de balle et d’un teck de longueur 50 mm et de diamètre 40 mm.
Tableau 11 : Taux d’humidité et masse de la balle et du teck
Les résultats obtenus montrent que le taux moyen d’humidité des balles de riz (9,25 %) est supérieur au taux moyen d’humidité du teck (7,13%).
Le tableau 12 quant à lui présente les valeurs relatives aux volumes et à la masse des balles et du teck.
Tableau 12 : Volume spécifique, volume réel, masse volumique spécifique et masse volumique réelle de 150g de balle de riz et du bois de teck
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4.2.1.1. Coefficient de frottement de la balle de riz et force de brisure du bois de teck L’angle de frottement au repos est l’angle à partir duquel, la coque peut se déplacer de lui-même. Sa valeur est celle dont on doit au minimum incliner les surfaces planes si elles doivent être un canal de sortie pour les balles après le pressage. Dans le cas contraire, les coques de riz risquent de se stationner dans l’équipement. La force de brisure quant à elle, nous aide à connaitre la valeur limite à ne pas dépasser pour éviter de briser le bois de teck. D’après les résultats de la caractérisation la force de brisure maximale est F = 1552,43 N
Tableau 13 : Angle au repos et coefficient de frottement de la balle de riz et l’effort de brisure du bois de teck
Produit Angle au repos
Coefficient de frottement
Effort de brisure Balle de
riz 31 0,6 /
Bois de
teck / / 1552,43
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4.3. Etude de la structure de la machine 4.3.1. Esquisse de la machine proposée
Figure 5 : Esquisse de la machine (1) Vis d’Archimède
(2) Zone de bouchon par compression (3) Zone de bouchon
(4) Zone de poussée (5) Trémie
(6) Châssis
(7) Réducteur de vitesse (8) Cage
(9) Système d’accouplement (10) Poulie réceptrice (11) Poulie motrice (12) Courroie
8 7 5
1
6
4 2 3
M
×
9 10
11 12
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4.3.2. Fonctionnement
Le moteur mise en marche, entraine par l’intermédiaire de la poulie-courroie et un réducteur de vitesse (7) la vis d’Archimède en mouvement de rotation. La vis d’Archimède est reliée au réducteur par un système d’accouplement. Les balles de riz introduites par la trémie sont entrainées par la vis d’Archimède qui convoie les balles dans la cage (8) pourvu d’un étranglement conique plus ou moins accentué qui freine la progression des balles dans les zones (2), (3) et (4). Ce frein provoque dans ses zones le frottement des balles contre les parois du tube et permet le compactage des balles. La balle ainsi compactée est récupéré par la zone de bouchon (3).
4.3.3. Description de la machine
4.3.3.1. Proposition de la machine La machine ainsi proposée est illustrée par la figure ci-dessous :
Photo 14 : Vue en perspective de la presse 4.3.3.2. Les composants de la presse
La presse que nous étudions comporte les éléments suivants à savoir :
La trémie
Photo 15 : La trémie
Construction mécano-soudée en tôle noire ayant la forme d’une pyramide tronquée. La trémie permet d’alimenter le tambour en tourteau. Sa forme ovale
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offre la possibilité d’utiliser de grands récipients pour le chargement et permet de guider le tourteau à l’intérieur du tambour. Réalisée en mécano-soudé, elle est montée à l’extrémité gauche du tambour.
La cage
Photo 16 : La cage
Ouvrage mécano-soudé à l’intérieur duquel l’opération se déroule. Elle est réalisée en tôle noire et est destinée à recevoir et traiter la quantité de balle. Elle est obtenue à partir de la tôle noire enroulée à un diamètre défini et soudé de manière à former un cylindre pourvu des étranglements coniques plus ou moins accentué qui freine la progression de la matière.
Le châssis
Photo 17 : Le châssis
Le châssis est d’une construction mécano-soudée. Il est réalisé principalement avec des cornières en fer pour garantir la stabilité. Il sert à supporter toutes les autres composantes de la machine. Il sert à assurer le maintien de la machine à une hauteur acceptable pour l’utilisateur et à fixer la machine au sol pour éviter tout mouvement gênant.
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La vis d’Archimède
Photo 18 : La vis d’Archimède
Elle sert de vis d’alimentation pour la cage. La vis d’alimentation se retrouve après assemblage juste en dessous de la trémie convoie les balles de riz vers les zones de poussée et de bouchon pour permettre leur compactage.
Réducteur de vitesse
Photo 19 : Le réducteur de vitesse
C’est l’ensemble qui fournit la vitesse de rotation nécessaire au fonctionnement de la machine utilitaire. Cet ensemble est constitué d’un système de transmission poulie courroie et d’un réducteur à vis sans fin et roue.
Le couple obtenu au niveau de la vis d’Archimède dépend de ces transmissions.
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4.4. Dimensionnement des différentes pièces de la presse
4.4.1. Détermination des dimensions de la cage et du diamètre de l’axe de la vis
4.4.1.1. Longueur de la cage
Longueur de la vis
Figure 6 : Schéma du développement d’un filet
la vis doit permettre une alimentation continue. Il faut alors que le déplacement d’un volume maximal de balle de riz soit réalisé en un temps très court. Elle comporte plusieurs filets de pas (P) égal à 60 mm. Nous adopterons un temps (t) d’alimentation égal à secondes.
En interprétant la figure ci-dessus, nous avons : 2π P
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Soit L la longueur de la cage donc : L = X1 + X2 +X3 +X4
Soient X1 la distance parcourue par les balles dans la zone d’alimentation de pas p1
X2= 350 mm celle de la zone de poussée ;
X3=230 mm celle de la zone de bouchon par compression ; X4=100 mm celle de la zone de la filière d’extrusion ;
4.4.1.2. Détermination du diamètre de l’axe de la vis
La capacité horaire de la machine est estimée à 500kg/heures : Soient D le diamètre intérieur de la cage ;
d le diamètre de l’axe de la vis
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L étant la longueur de toute la cage et X1 celle de la vis alors L = kX1
Alors × × (2) En mettant la relation (2) dans (1) on obtient :
× × × × ×
4.4.1.3. Diamètre intérieur de la cage
Diamètre intérieur de zone d’alimentation et de
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Pour faciliter la rotation de la vis dans la cage, nous adoptons un jeu de 0,2 mm sur le rayon entre les filets et la cage.
Soit D1 le diamètre intérieur de la cage. On a donc : D1= D + 0,2
D1= 100 + 0,2 D1= 100,02mm
Diamètre intérieur de la zone de bouchon Soit ce diamètre
× √
Avec :
A.N : ; ; = 40mm × √ Donc
Diamètre de la zone de bouchon par compression Soit h ce diamètre alors :
Avec : D : le diamètre de la zone d’alimentation d1 : le diamètre de la zone de bouchon A.N : D = 100mm ; d1 = 50mm
Donc d’où h = 75mm
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4.4.1.4. Nombre de spires au niveau de la vis
Zone d’alimentation
4.4.2. Calcul de la charge engendrée par le produit dans la cage
Cette charge n’est pas la charge réelle à laquelle serait soumis les filets mais elle nous permettra de dimensionner les filets à leur résistance maximale.
Tout ceci pour s’assurer qu’au cours du fonctionnement de l’équipement, la vis ne serait pas surchargée, car cette charge est le maximal possible. D’après les résultats de la caractérisation, la charge maximale à l’écrasement du teck F = m× 1552,43 N (Avec g=9,81N/kg et m = 158,25)
4.4.2.1. Détermination de la charge par unité de volume
Soit cette charge :
Or × × Donc
× ×
A.N : F = 1552,43 ; de = 40 mm ; L = 10 mm ×
× ×
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4.4.2.2. Volume intérieur de la cage dans chaque zone
Zone d’alimentation Soit Vi, ce volume :
× Li
Avec Ri= 50.10-3m, le rayon du diamètre intérieur de la cage Li, la longueur de la cage dans chaque zone.
× L1
V1= (50.10-3)² x x 240.10-3 V1= 1,88.10-3 m3
- Volume de l’axe de la vis
Va= x r² x Li
Avec r= 25.10-3m, le rayon du diamètre intérieur de la cage Et Li, la longueur de la cage dans chaque zone
Va = (25.10-3)² x x 240.10-3 Va =4,71.10-4m3
- Volume approximatif occupé par la balle de riz
Afin de pouvoir calculer la charge maximale que peut supporter les filets au cisaillement, nous déterminerons ici le volume maximal (volume approximatif) que peut occuper la balle dans la zone d’alimentation. Ainsi, nous négligerons le volume qu’occuperaient les filets. Et nous avons :
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Vg = 1,88.10-3 – 4,71.10-4 Vg = 0,001409 m3
Zone de poussée
Volume de cette zone sans l’étranglement conique × L2
V2= (50.10-3)² x x 300.10-3 V2= 2,36.10-3m3
Volume de l’étranglement conique
A ce niveau il s’agit d’un tronc de cône de formule :
A.N : h= 50.10-3m, R=50.10-3m, r= 37,5.10-3m
× × [ × ]
Zone de bouchon par compression
Volume de cette zone sans l’étranglement conique × L3
V4= (37,5.10-3)² x x 2.10-3 V4= 8,83.10-4m3
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Volume de l’étranglement conique
A ce niveau il s’agit d’un tronc de cône de formule :
A.N : h= 30.10-3m, R=37,5.10-3m, r= 25.10-3m
× × [ × ]
Zone de bouchon
× L4
V6= (25.10-3)² x x 100.10-3 V6= 1,96.10-4 m3
Calcul du volume total dans la cage Soit V ce volume :
V = Vg + V2 + V3 + V4 + V5 + V6
Donc V= 5,24.10-3 m3 La charge nécessaire P dans la cage est donc :
P = ×
P = 12414400×
P = 65039,04N
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4.4.3. Dimensionnement des filets
Figure 7 : Schéma illustrant les sollicitations des filets (Ben et Astrid 2009) - P est la charge supportée par la vis ;
- F est la composante de P suivant y’y, ; - α est l’angle d’inclinaison des filets
; - Z est le pas de la vis ;
- r est le rayon de l’arbre.
Considérons la figure 8 ci-dessus et observons la coupe A-A. Nous aboutissons à l’hypothèse suivante :
La dent est considérée comme une poutre encastrée, sollicitée en cisaillement.
La force F est appliquée au bout de la dent ; c’est une force qui provoque le cisaillement des filets. (Voir figure 8)
Figure 8 : Isolement de la dent (Ben et Astrid 2009)
Bonaventure A. FAGNON Machinisme Agricole/ 2013-2014 Page 53
Or
donc
La contrainte de cisaillement est fonction non seulement de l’effort tranchant, de l’aire de la section, mais aussi de la forme géométrique de cette section. Dans notre cas, les filets ont une section rectangulaire. Alors on a :
×
Avec
: La contrainte de cisaillement maximale
: L’effort tranchant maximal S : l’aire de la section des filets
Pour dimensionner les filets, nous avons la condition de résistance suivante :
Avec la contrainte admissible ( pour les aciers)
En observant la figure 8, la force F représente l’effort tranchant et demeure constante le long du filet. Donc, dans chaque section de la vis , ainsi nous avons :
Zone d’alimentation
Détermination de la charge nécessaire dans cette zone : F = ×
Bonaventure A. FAGNON Machinisme Agricole/ 2013-2014 Page 54
F = 12414400×0 F = 17491,89 N
× × × ×
122mm2
4.4.4. Calcul du couple nécessaire
Figure 9 : Schéma illustrant les sollicitations d’une vis d’Archimède (Muller, J.) r : rayon de l’arbre de la vis d’Archimède ;
: Angle d’inclinaison des filets
; : Pas de la vis ;
: Angle de frottement ;
L : longueur de la clé de manœuvre ; P : pression supportée par la vis ;
f : coefficient de frottement déterminé expérimentalement ; E : effort sur la clé.
×
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× × ×
L’expression × est le moment (couple) déployé pour tourner la vis.
Nous avons donc :
× × ×
Et comme le mouvement s’effectue dans le sens de P, on a :
× ×
Il s’agit du couple qu’il faut vaincre dans la cage. Nous négligeons ici le couple qu’il faut vaincre pour tourner l’axe seul.
Le coefficient de frottement est f = 0,6
Le coefficient de frottement est f = 0,6