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VVOOLLEETT 11 :: PPRRÉÉSSEENNTTAATTIIOONN DDEE LL''ÉÉPPRREEUUVVEE /30 pts CCoonnssttiittuuttiioonn ddee ll''éépprreeuuvvee

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Academic year: 2022

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Texte intégral

(1)

Co C on ns st ti it tu ut ti io on n d de e l l' ép pr re eu uv ve e

  VO V O LE L ET T 1 1 : : P PR R ÉS É SE EN NT TA A TI T IO O N N D DE E L L' ÉP PR RE EU UV VE E

Système à étudier : ;

Durée de l'épreuve : 3 heures ;

Coefficient : 3 ;

Moyens de calcul autorisés : Calculatrices scientifiques non programmables ;

Documents autorisés : Aucun ;

Vérifier que vous disposez bien de tous les documents (1/17 à 17/17).

Faire une lecture attentive afin de vous imprégner du sujet.

Rédiger les réponses aux questions posées sur les documents réponses D.Rep prévus.

NB : Tous les documents réponses D.Rep sont à rendre obligatoirement.

Volet 1 : Présentation de l'épreuve Page 1/17 Volet 2 : Présentation du support Page 2/17

Volet 3 : Substrat du sujet Pages 2/17 ; 3/17 et 4/17

Situation d’évaluation N°1 Page 3/17

Situation d’évaluation N°2 Page 3/17

Situation d’évaluation N°3 Pages 3/17 et 4/17

Situation d’évaluation N°4 Page 4/17

Documents Réponses (D.Rep) Pages 5/17 à 11/17 à rendre par le candidat

Documents Ressources (D.Res) Pages 12/17 à 16/17

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  VO V O LE L ET T 2 2 : : P PR R ÉS É SE EN NT TA A TI T IO O N N D DU U S SU UP PP PO OR RT T

L’emballage des produits manufacturés est de plus en plus souvent réalisé par des entreprises spécialisées dans le conditionnement.

Une entreprise qui fabrique du papier destiné à l’impression possède une unité de production incluant un système de conditionnement des rames. Ce dernier permet d’emballer des cartons pour faciliter leur distribution.

L’étude concerne l’encartonneuse de cette unité.

Elle réalise l'encartonnage des rames parallélépipédiques, de dimensions variables, dans des cartons de tailles adaptées.

Le schéma blocs ci-dessus décrit le contexte de cette encartonneuse.

  VO V O LE L ET T 3 3 : : S SU U BS B ST TR RA A T T D DU U S SU UJ JE ET T

3

3..11-- CCOONNSSTTIITTUUAANNTTSS DDUU SSYYSSTÈMMEE :: (voir D.Res1 et D.Res2) Le système est principalement composé de :

 Un poste d’amenage constitué :

 D’un convoyeur entraîné par un moteur + réducteur par l’intermédiaire des pignons et chaîne.

 Un poste de groupement constitué :

 D’un vérin A à deux capteurs de position ILS, muni d'un empileur ;

 Deux flasques mobiles retenant la rangée précédente de cinq rames lors de la descente du vérin A servant à former une pile de trois rangées.

 Poste d’encaissage constitué d’un vérin B, à deux capteurs de position ILS, muni d’un pousseur

 Poste de retournement constitué :

 D’une équerre ;  D’un motoréducteur ;  D’un pignon + secteur dentée ;  D’un variateur de vitesse.

 D’un automate programmable industriel (API).

3

3..22-- FFOONNCCTTIIOONNNNEEMMEENNTT ::

Les rames arrivent par un convoyeur, sont ensuite empilées pour être encaissées par pile dans un carton préalablement préparé par l’opérateur.

(Voir l’actigramme A-0 et la description donnés aux documents D.Res1 et D.Res2).

3

3..33-- DDEESSCCRRIIPPTTIIOONN DD’’UUNN CCYYCCLLEE DDEE FFOONNCCTTIIOONNNNEEMMEENNTT ::

 La présence du carton mis en position par l’opérateur est détectée par le capteur barrage P ; l'opérateur donne ensuite l’ordre de démarrage du convoyeur par l’appui sur le bouton départ cycle

 Le capteur de groupement G détecte la présence d’une rangée de rames, ce qui provoque son transfert par le vérin A. Cette rangée sera retenue par les flasques mobiles et l’opération se répète jusqu'à l'obtention d'une pile.

 La détection de la pile par le capteur reflex R donne l'ordre de son encaissement dans le carton grâce au vérin B.

 Le retournement du carton se fait par le poste de retournement.

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L’entreprise est comme un ensemble hiérarchisé de fonctions. Au départ on trouve une fonction qui dirige toute les autres, c'est la fonction de direction.

Tâche n°11 : Fonction interne de l’entreprise :

Q1- Relier par flèche l’activité essentielle dans l’entreprise avec leurs fonctions sur D.Rep1. 0,75 pt

Dans le but d’appréhender le système étudié et d’identifier ses différents composants, vous êtes invités à faire une analyse fonctionnelle en utilisant les outils nécessaires.

Tâche n°21 : Cycle de vie d’un produit.

Le cycle de vie est l'ensemble de toutes les phases de l'existence d'un produit, de sa naissance à sa disparition. Ce cycle de vie se compose de 10 étapes. A partir de document ressource D.Res1 Q2- Compléter les étapes de cycle de vie d’un produit sur D.Rep1. 0,75 pt Tâche n°22 : Identification des fonctions de service.

A partir de la présentation du système et des documents ressources : D.Res1, D.Res2 et D.Res3.

Répondre sur D.Rep1.

Q3- Compléter le diagramme bête à cornes. 0,75 pt Q4- Compléter le diagramme des interactions ainsi que le tableau des fonctions de service. 1,75 pts Tâche n°23 : Analyse fonctionnelle interne.

A partir de la présentation du système et des documents ressource : D.Res1, D.Res2 et D.Res3.

Répondre sur D.Rep2 et D.Rep3.

Q5- Compléter le diagramme FAST partiel de la fonction technique FT4 « Retourner ». 1,25 pts Q6- Compléter le diagramme A0. 3,5 pts Q7-Compléter la chaîne fonctionnelle du système. 2 pts

Le tapis du convoyeur ; reposant sur un support métallique ; est entrainé par un jeu de deux tambours dont l’un est actionné par un ensemble moteur + réducteur et pignons-chaîne.

Dans le but de garantir le bon fonctionnement des différents éléments, l’équipe chargée de vérifier les performances du poste d’amenage et de revoir quelques solutions technologiques utilisées, sollicite votre aide à travers les tâches suivantes.

Tâche n°31 : Lecture du dessin du réducteur.

A partir du D.Res4 et D.Res5, répondre aux questions suivantes sur D.Rep3, D.Rep4 et D.Rep5.

Q8- Compléter les classes d’équivalence. Nota : Exclure les (roulements, entretoises, joints, vis, clavettes, écrous, rondelles, circlips, et bagues). 1 pt Q9- Compléter le schéma cinématique du réducteur. 1,5 pt Q10- L’arbre 11 est guidé en rotation par les roulements 12 et 12’ :

10a- Indiquer sur le schéma les obstacles axiaux par des petits rectangles pleins. 0,5 pt 10b- Pour ce montage, préciser les types d’ajustement. 0,5 pt Q11- Compléter le tableau, par les éléments de mise et de maintien en position. 1 pt Q12- L’arbre de sortie 11 du réducteur est représenté en vue de face ;

on vous demande de dessiner :

12a- La perspective (3D) de l’arbre 11 suivant la flèche F orienté à droite vers le haut ; 1,75 pts 12b- La section sortie A-A ; 0,5 pt 12c- la section rabattue B-B. 0,75 pt

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Tâche n°32 : Étude du convoyeur.

En vous aidant des D.Res3 et D.Res4, répondre aux questions suivantes sur D.Rep5 :

Q13- Calculer la vitesse angulaire ωt en rad/s et en déduire Nt en tr/min. 0,5 pt Q14- En estimant que la force nécessaire pour entraîner le tapis convoyeur en charge est

Ft = 250 daN ; calculer le couple nécessaire Ct à l’entrée du tambour moteur en Nm. 0,5 pt Q15- Calculer la puissance utile Put au niveau du tambour en Kw. 0,5 pt Q16- Pour la suite des calculs on prendra : ωt = 2,5 rad/s et Put = 625 W.

On vous demande de calculer :

16a- La puissance nécessaire fournie à la sortie du réducteur Pr en Kw. 0,5 pt 16b- Le rapport de transmission k1 du réducteur à engrenages. 0,5 pt 16c- La vitesse de rotation du moteur Nm en tr/min. 0,5 pt 16d- La puissance utile du moteur Pm en Kw. 0,5 pt Q17- Proposer une autre solution technologique pouvant réaliser la même fonction que

le système pignons-chaîne. Préciser deux de ses avantages. 1pt

Le système est livré avec un document constructeur refermant les plans et les schémas d’installation. Pour un bon usage et pour faciliter la maintenance, vous êtes amenés à faire la lecture de ce document à travers les tâches suivantes :

Tâche n°41 : Étude du schéma électrique du convoyeur.

A partir du document D.Res5, sur D.Rep6 répondre aux questions suivantes :

Q18- Quel couplage doit-on choisir ? 0,25 pt Q19- Quelle est alors l'intensité du courant nominale In dans le moteur M ? 0,25 pt Q20- Déterminer la vitesse de synchronisme Ns en tr/min et calculer le glissement g en %. 0,5 pt Q21- Donner l’équation logique de KM ? 0,5 pt Q22- Préciser le rôle de chacune des lampes de signalisation en complétant le tableau donné.0,75pt Q23- Quel est le rôle du bouton S0 ? 0,25 pt Tâche n°42 : Dimensionnement du vérin A et étude du schéma du circuit pneumatique.

Sur D.Res6, on donne les efforts d’un vérin ; les schémas de puissance et de commande du circuit pneumatique. On vous demande de répondre sur D.Rep6 et D.Rep7 aux questions ci-dessous : Q24- On suppose que l’effort de poussée Fp est de 200 daN, calculer le diamètre minimale Dmin du vérin A sachant que la pression du réseau est de 6 bars. 0,5 pt Q25- On prendra un vérin de caractéristiques : D = 66 mm et d = 20 mm.

Calculer l'effort d’attraction Fa du vérin A. 0,5 pt Q26- Que se passe-t-il si on alimente dans un essai à vide les deux chambres de ce vérin

en même temps ? 0,25 pt Q27- Identifier les éléments suivants :

27a- OZ1 0,25 pt 27b- OZ2 0,25 pt 27c- ILS 0,25 pt Q28- Compléter le schéma du circuit de puissance pneumatique en position sortie du vérin A en : 28a- Insérant deux réducteurs de débit réglable ; 0,5 pt 28b- Représentant la commande électropneumatique du distributeur bistable 4/2. 0,5 pt Q29- Donner l’équation logique de la commande de l’entrée de la tige du vérin pousseur. 0,25 pt Q30- Établir le schéma de cette équation en n’utilisant que des portes NOR à deux entrées. 1pt Q31- Cocher deux objets qui ne peuvent pas être détectés par un capteur reflex. 0,5 pt

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Tâche n°11 : Fonction interne de l’entreprise :

Q1- L’activité essentielle dans l’entreprise et ces fonctions. 0,75 pt

Tâche n°21 : Cycle de vie d’un produit.

Q2- Les étapes de cycle de vie de produit. 0,75 pt

Tâche n°22 : Identification des fonctions de service.

Q3- Bête à cornes. 0,75 pt

Q4- Diagramme des interactions et les fonctions de service. 1,75 pts

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Tâche n°23 : Analyse fonctionnelle interne.

Q5- Diagramme FAST. 1,25 pts

Q6- Diagramme A0. 3,5 pts

/4,75 pts

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Q7- Chaîne fonctionnelle du système. 2 pts

Tâche n°31 : Lecture du dessin du réducteur.

Q8- Les classes d’équivalence : 1 pt A = {1 +. . . } ; B = {2 +. . . } C = {10 +. . . } ; D = {24 +. . . } Q9- Le schéma cinématique du réducteur. 1, 5 pt

/4,5 pts

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Q10- L’arbre 11 est guidé en rotation par les roulements 12 et 12’:

10a- Les obstacles axiaux : 0,5 pt

10b- Pour ce montage : 0,5 pt Les bagues extérieures sont montées . . .

Les bagues intérieures sont montées . . .

Q11- Les éléments de mise et de maintien en position. 1 pt Liaison Mise en position (MIP) Maintien en position (MAP)

7/1

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

2/5

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

Q12- Dessin de :

12a- La perspective (3D) de l’arbre 11 suivant la flèche F orienté à droite vers le haut ; 1,75 pt (À main levée ou avec instrument de dessin)

/3,75 pts

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12b- La section sortie A-A ; 0,5 pt 12c- la section rabattue B-B. 0,75 pt

Tâche n°32 : Étude du convoyeur.

Q13- Vitesses de rotation ωt et Nt 0,5 pt

. . . . . . . . .

Q14- Couple nécessaire Ct 0,5 pt

. . . . . .

Q15- Puissance utile Put au niveau du tambour 0,5 pt

. . . . . .

Q16- 16a- La puissance nécessaire fournie à la sortie du réducteur Pr 0,5 pt

. . . . . . . . .

16b- Le rapport de transmission k1 du réducteur à engrenages 0,5 pt

. . . . . . . . .

16c- La vitesse de rotation du moteur Nm 0,5 pt

. . . . . . . . .

16d- La puissance utile du moteur Pm 0,5 pt

. . . . . .

Q17- Solution technologique pouvant réaliser la même fonction que le système pignons-chaîne et deux de ses avantages 1 pt

. . . . . .

Nota : La largeur des rainures des clavettes = 4 mm

A-A

/5,75 pts

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Tâche n°41 : Étude du schéma électrique du convoyeur.

Q18- Le couplage choisi 0,25 pt

. . . . . .

Q19- L'intensité du courant In dans le moteur M 0,25 pt

. . . . . .

Q20- La vitesse de synchronisme Ns en tr/min et le glissement g en % 0,5 pt (Vitesse juste supérieur à la vitesse du rotor)

. . . . . .

Q21- Équation logique de KM 0,5 pt

. . . . . .

Q22- Rôle de chacune des lampes de signalisation 0,75 pt

Nom Rôle

H1 . . . . . .

H2 . . . . . .

H3 . . . . . .

Q23- Rôle du bouton S0 0,25 pt

. . .

Tâche n°42 : Dimensionnement du vérin A et étude du schéma du circuit pneumatique.

Q24- Le diamètre Dmini minimal du vérin A 0,5 pt

. . . . . . . . . . . . . . .

Q25- L'effort d’attraction Fa du vérin A 0,5 pt

. . . . . . . . . . . . . . .

Q26- Si on alimente dans un essai à vide les deux chambres de ce vérin en même temps 0,25 pt

. . .

Q27- Identification des éléments :

27a- OZ1 : . . . 0,25 pt 27b- OZ2 : . . . .. . . 0,25 pt 27c- ILS : . . . .. . . 0,25 pt

/4,5 pts

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Q28- Le schéma pneumatique à compléter 1 pt

Q29- L’équation logique de commande de l’entrée de la tige du vérin pousseur 0,25 pt

. . . . . .

Q30- Le schéma du circuit de commande de l’entrée de la tige du vérin pousseur

en n’utilisant que les portes NOR à deux entrées : 1pt

Q31- Les deux objets qui ne peuvent pas être détectés par le capteur reflex : 0,5 pt Objets

Bois Verre

Miroir réfléchissant Plastique

Carton Tôle en Inox

/2,75 pts

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(12)

- Les étapes de Cycle de vie d’un produit :

Utiliser le produit Éliminer le produit Définir

Produire Commercialiser Analyser le besoin

- Actigramme A-0 :

- Description :

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(13)

 Fonction « Amener les rames »

 Fonction « grouper les rames »

 Fonction « Encaisser la pile »

 Fonction « Retourner »

La rotation du carton doit être de 90°

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(14)

 Données :

- Vitesse du tapis convoyeur : Vt = 15 m/min - Force d’entrainement du tapis : Ft = 250 daN

 Chaîne cinématique d’entrainement au tapis :

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 Réducteur de vitesse à engrenages :

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(16)

 L’arbre de sortie 11 du réducteur de vitesse est représenté

en perspective (3D) suivant la flèche G et orienté à droite vers le haut ;

 Schéma d'installation du tapis convoyeur :

G

F

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Remarque : Pour le réseau :

 Si deux tensions sont mentionnées, il s’agit :

des valeurs efficaces V de la tension simple v(t) et U de la tension composée u(t).

 Si une seule tension est indiquée il s’agit :

de la valeur efficace U de la tension composée u(t).

Remarque : Pour le couplage :

 Couplage impossible si ; Grande Tension moteur = Petite Tension réseau

 Couplage triangle si ; Petite Tensions moteur = Grande Tensions réseau

 Couplage étoile si ; Tensions moteur = Tensions réseau

 Couplage impossible si ; Aucune tension commune

Plaque signalétique du moteur M :

(17)

 Dimensionnement du vérin

 Le diamètre du piston est en rapport direct avec l’effort axial développé par le vérin.

 La force mécanique produite par l’énergie pneumatique dans un vérin est liée à la pression par la relation suivante en cas :

- De sortie : L’air comprimé situé dans la chambre arrière applique une force de poussée Fp sur toute la surface (Sp) du piston ; alors :

F

p

= P.S

p

- D’entrée : L’air comprimé situé dans la chambre avant applique une force d’entrée Fe sur toute la surface (S’ = Sp - St) du piston, (avec St surface de la tige du piston) ; alors :

F

e

= P.S’

 Schéma du circuit de puissance pneumatique :

 Schéma du circuit de commande pneumatique :

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Interrupteur à Lames Souples (Poussée) (Attraction)

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