Co C on n st s ti it t ut u ti i on o n d de e l l 'é ' ép pr r eu e u ve v 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' 'É 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 (1/26 à 26/26).
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 1/26 Volet 2 : Présentation du support Page 2/26
Volet 3 : Substrat du sujet Pages 2/26 ; 3/26 ; 4/26 ; 5/26 ; 6/26 et 7/26
Situation d’évaluation N°1 Page 3/26
Situation d’évaluation N°2 Page 3/26 et 4/26
Situation d’évaluation N°3 Pages 4/26 et 5/26
Situation d’évaluation N°4 Page 5/26 et 6/26
Situation d’évaluation N°5 Page 7/26
Situation d’évaluation N°6 Page 7/26
Situation d’évaluation N°7 Page 7/26
Documents Réponses (D.Rep) Pages 8/26 à 20/26 à rendre par le candidat
Documents Ressources (D.Res) Pages 21/26 à 26/26
/30 pts
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'incinération est une technique de traitement de déchets (exemple : ordures ménagères), elle permet la récupération d’énergie (électricité et chaleur) et de matériaux utilisés dans les travaux publiques. La combustion se fait à une température supérieure à 850°C dans des fours spécialement conçus à cet effet (voir Fig.a).
Grâce à la chaleur dégagée, l’eau est transformée dans une chaudière en vapeur sous pression.
Cette vapeur sert à produire soit de l’énergie électrique grâce à un turbo-alternateur soit de l’énergie thermique pour chauffer des bâtiments.
Les déchets sont déversés dans une fosse de réception et de stockage.
Un grappin saisit ces déchets et les déverse dans une trémie puis ils sont dirigés vers le four où ils seront brûlés.
L’épreuve porte sur le pont roulant qui permet d’alimenter la trémie en déchets
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-- DDEESSCCRRIIPPTTIIOONN DDUU PPOONNTT RROOUULLAANNTT :: (voir D.Res1 ; Fig.b) - Alimentation du système par le réseau ONE ;
- Un Automate Programmable Industriel (API) gère le système ;
- Alimentation par des contacteurs de ligne (KM1 – KM1’) ; (KM2 – KM2’) ; KM3 ; KM4.
- Les moteurs M1, M2, M3 et M4 sont associés à des variateurs et à des réducteurs et sont munis de freins à manque de courant.
- Le moteur de direction M1 déplace le chariot vers l’avant ou vers l’arrière (l’axe y) ; - Le moteur de levage M2 permet la descente ou la montée du grappin (l’axe z) ;
- Les moteurs de translation M3 et M4 déplacent le pont vers la gauche ou vers la droite (l’axe x).
- Un afficheur sept segments affiche la vitesse de rotation des moteurs M3 et M4.
- La commande du pont roulant se fait par l’opérateur grâce à deux joysticks industriels (Voir Fig.c).
- Un pupitre de commande (interface homme /machine) informe l’opérateur sur l’état du système.
Pour des raisons de sécurité :
Le pont roulant est munie de capteurs qui permettent d’optimiser ou d’interdire le fonctionnement des actionneurs électriques qui génèrent les mouvements en fonction :
Des efforts demandés par la masse à la structure du pont roulant, capteur limiteur de masse : a1
Des vitesses des moteurs, capteurs de vitesse de rotation : Dynamo-tachymétrique : a2 ; De la vitesse du vent, capteur de vent : anémomètre : a3 ;
Des zones interdites :
Capteurs fin de course haut et bas du grappin placés sur le treuil de levage : a4 ; Capteurs fin de course avant et arrière du chariot : a5 ;
Capteurs limiteurs d’orientation gauche et droite: a6.
L’utilisateur doit connaitre, à tout moment, la hauteur sous le grappin h, la portée b et la masse M de la charge. (Voir Fig.a).
لا ناحتملاا بيرجت
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يام
- عوضوملا
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Le personnel devant installer et manipuler le pont roulant notamment les utilisateurs, doivent recevoir une formation préalable. Au sein d’une entreprise, vous êtes appelés à réaliser les tâches relatives à la préparation d’un guide de formation axé sur les points définis par les situations d’évaluation suivantes :
Les utilisateurs doivent appréhender l’environnement du système par l’exploitation des outils de l’analyse fonctionnelle dont le but est d’exprimer la fonction globale du pont roulant et identifier ses fonctions de service. Après avoir pris connaissance du sujet :
Tâche n°11 : Analyse fonctionnelle :
Q1- Sur D.Rep1 ; Compléter le diagramme bête à cornes du pont roulant. /1 pt Q2- Sur D.Rep1 ; Compléter le modèle fonctionnel du grappin (actigramme A-0)
par les éléments qui conviennent. /1,25 pts Q3- Sur D.Rep1 ; Compléter le diagramme partiel des interactions (pieuvre) du pont roulant
à partir de la liste des fonctions de service présentée dans le tableau 1, D.Res1.
et Compléter la formulation de la Fonction principale. /3 pts Le grappin est déplacé grâce aux sous systèmes décrits sur la description du pont roulant,
et le D.Res 1; Fig.b.
Q4- Sur D.Rep2 ; Compléter le FAST partiel relatif aux fonctions : FP ; FC3 et FC4. . /1,5 pts Q5- Sur D.Rep2 ; Compléter la chaîne fonctionnelle du pont roulant
en vous aidant de la description du pont roulant et du D.Res1 ; Fig.b. /2,5 pts
On désire analyser le système étudié, vérifier quelques caractéristiques du moto-réducteur-frein chargé de déplacer le grappin suivant l’axe Z et proposer des solutions qui permettent un
fonctionnement correct du système. Voir, D.Res 1.
Tâche 21 : Analyse et compréhension du moto-réducteur-frein M2 : Le moteur de levage M2 est équipé d’un frein à manque de courant.
En se référant au dessin d’ensemble du moto-réducteur-frein D.Res 2 ; Fig.d :
Q6- Sur D.Rep 3 ; Compléter la chaine cinématique du moto-réducteur-frein M2. /1,5 pts Q7- Sur D.Rep 3 ; En cercler les pièces qui sont animées d’un mouvement de rotation en cas de fonctionnement. (Nota : BI : Bague Intérieure ; BE : Bague Extérieure des roulements). /2 pts
Q8- Sur D.Rep 3 ; Compléter le tableau des pièces du dessin d’ensemble. /2,5 pts Q9- Sur D.Rep 4; Compléter les classes d’équivalences suivantes : Utiliser toutes les pièces
du dessin d’ensemble /2,5 pts (Nota : BI : Bague Intérieure ; BE : Bague Extérieure des roulements).
Q10- Sur D.Rep 4 ; Compléter le graphe des liaisons du dessin d’ensemble. /1,5 pts Q11- Sur D.Rep 4 ; Compléter le schéma cinématique et les repères des pièces. /1,5 pts Tâche 22 : Étude du guidage en rotation du moto-réducteur-frein M2 :
Exploiter le D.Res 2 et sur le D.Rep 5.
Q12- Le Guidage en rotation de ce mécanisme est réaliser par les roulements 14 ; 22 et 36,
Est-ce un montage à arbre ou à alésage tournant : /0,5 pts Q13- Quelles sont les bagues montées serrées (extérieures ou intérieures) : /0,5 pts Q14- Donner le type d’ajustement entre les portées de roulements 14 et l’arbre 13 ? /0,5 pts Q15- Donner le type d’ajustement entre les portées de roulement 14 et l’alésage 24 ? /0,5 pts
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Tâche 23 : Étude du frein à manque de courant : Exploiter le D.Res 3 et sur le D.Rep 5,
Q16- Compléter le fonctionnement du frein à manque de courant par les mots
proposés ci-dessous : /0,5 pts débloqué tension mono-disques vis CHc 2
entrefer (jeu) ressorts couple de freinage 46
Q17- En tenant compte de la description du frein électromagnétique donnée sur le D.Res3, compléter sur D.Rep5 le tableau résumant le fonctionnement du frein par les éléments
de réponse proposés. /0,5 pts Non Non liés Comprimé Non nul
Liés Oui Nul Non comprimé
Q18- Quel est l’intérêt de l’utilisation d’un frein à manque de courant? /0,5 pts Q19- Quel est le rôle des trois ressorts 48 (disposés à 120 degrés) ? /0,5 pts
Q20- Indiquer le nombre n de surfaces de contact du frein. /0,5 pts Q21- Calculer le couple de freinage Cf (N.m) exercé par le frein. /0,5 pts Q22- Comment peut-on faire varier la valeur limite de l’effort presseur Fp ? /0,5 pts Tâche 24 : Étude du réducteur de vitesse à engrenages :
Exploiter le D.Res 3 et sur le D.Rep 6,
Pour le service de maintenance, connaître le fonctionnement mécanique du système s’avère important. Pour cela on vous amène à appréhender le fonctionnement en réalisant les tâches pouvant mener au choix du réducteur.
Le réducteur utilisé se compose de trois étages d’engrenages 6-38 ; 30-11 et 17-26.
(Voir le dessin d’ensemble Fig.c du D.Res 2 et schéma cinématique de la question Q11-)
Q23- Compléter le tableau des engrenages : /0,5 pts Q24- Déduire le rapport de réduction global kg de ce réducteur. /0,5 pts Q25- Déduire la vitesse de rotation Nt du tambour solidaire de l’arbre 21. /0,5 pts
Tâche 31 : Augmentation de la capacité de levage de 2 tonnes à 3 ,2 tonnes:
Pour augmenter le tonnage l'entreprise ajoute un autre pont roulant 3 axes.
Après plusieurs semaines de fonctionnement, suite aux déclenchements du variateur, il s'est avéré que le moteur de levage du 2ème pont était sous dimensionné à cause d'un phénomène de succion entre le grappin et les déchets.
Ce phénomène provoque une surcharge au niveau du moteur.
Le déplacement est commandé depuis la cabine de commande.
Suite à un problème de sous dimensionnement, on vous demande de choisir le moteur de levage commandant le 2ème pont. Exploiter le D.Res 4 et sur le D.Rep 6 et D.Rep 7.
Q26- Compléter le tableau du D.Rep 6 afin de déterminer les différentes vitesses. /2 pts
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Tâche 32 : Pour la suite travailler pour une charge ≤ 3,2 tonnes : Exploiter le D.Res 4 ; D.Res 5 et sur le D.Rep 7.
Q27- Calculer la force F
(en N) de levage exercée par le tambour
sur une charge de M(g+d) = 3,2 tonnes. /0,5 pts Q28- Calculer la puissance Pt (W et kW) nécessaire pour soulever la charge. /0,5 pts Q29- Déterminer le travail wt (J) du (grappin + déchets) en 20 secondes. /0,5 pts Q30- Déterminer la hauteur h (m) de levage en 20 secondes. /0,5 pts Q31- Calculer la puissance Pr (W) développé par le réducteur. /0,5 pts Q32- Déterminer le couple Cm (N.m) que le moteur M2 doit fournir. /0,5 pts Q33- Comparer Cf de la Q21 et Cm de la Q32 /0,5 pts Ce frein est-il convenable ?
Q34- Calculer la puissance Pm (W et kW) développé par le moteur M2 ; si Nm = 1400 tr/min. /0,5 pts Q35- En exploitant les D.Res 4 et D.Res 5 ; Donner la référence du moteur à installer. /1,25 pts Et Compléter le tableau des caractéristiques du moteur choisi.
Q36- Calculer l’intensité nominale (absorbée) par ce moteur. /0,5 pts (Donner le résultat avec 3 chiffres après la virgule)
Q37- Calculer le courant de démarrage du moteur. /0,5 pts Q38- Calculer le couple de démarrage du moteur. /0,5 pts
Pour toute intervention future de maintenance sur le pont roulant, il est indispensable de connaître parfaitement :
Le principe du freinage et de l’inversion du sens de rotation d’un tel moteur asynchrone triphasé.
Les constituants d’une alimentation stabilisée d’un tel circuit de commande.
Tâche n°41 : Étude électrique du moteur M2 :
Dans ce but on vous demande de réaliser les tâches suivantes :
Les caractéristiques du moteur M2 sont : - Tension : 230 / 400 V - 50 Hz ; - Nn = 1484 tr/min
- 4 pôles ; - CN = 708 Nm ; - IN = 197,03 A ; - Cos(φ)=0,85 Q39- Le moteur est alimenté à partir d’un réseau triphasé de tension U = 400 V - 50 Hz. /2 pts Sur le D.Rep 7 ; Préciser le couplage des enroulements statoriques. Et compléter alors le couplage des enroulements statoriques du moteur en utilisant les barrettes.
Q40- Sur le D.Rep 8 ; Déterminer la vitesse de synchronisme Ns en tr/min /0,5 pts et calculer le glissement g en %.
Q41- Sur le D.Rep 8 ; Compléter le schéma illustrant le bilan des puissances
du moteur par les éléments de réponse proposés. /0,75 pts (Les pertes fer rotoriques sont supposées négligeables).
Puissance absorbée Pa
Pertes mécaniques Pméc
Pertes fer (magnétiques) dans le stator (Perte dans le fer) Pfs
Puissance utile Pu
Pertes par effet Joule au rotor Pjr
Pertes par effet Joule au stator (Perte dans le cuivre) Pjs
Q42- Sur le D.Rep 8 ; Écrire la relation reliant Pu avec Pa et les pertes. /0,5 pts
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Tâche 42 : Commander la montée ; descente et le freinage du grappin :
La montée et la descente du grappin sont assurées par un motoréducteur-frein asynchrone triphasé M2 à deux sens de rotation commandé par deux contacteurs KM2 (pour la montée)
et KM2’ (pour la descente).
Le M2 est équipé d’un frein électromagnétique triphasé à manque de courant.
Q43- Compléter alors sur le D.Rep 8 le schéma de câblage du circuit de puissance
du motoréducteur-frein M2 et le câblage des bobines du frein. /0,5 pts Q44- Compléter sur le D.Rep 8 le schéma de câblage du circuit de commande du contacteur KM2’
assurant la descente du grappin. /0,5 pts Q45- La partie commande est alimentée par une tension continue stabilisée de 24 V.
À partir du schéma de câblage du circuit de puissance et du circuit de commande Cocher la Correspondance entre la fonction et l’accessoire électrique dans le tableau
du D.Rep 9 par ‘’ X ‘’. /3 pts
Q46- Sur le D.Rep 9 ; Placer les flèches représentant les tensions 25,4 V et 24 V
sur le schéma du bloc B, pour relier le bloc A avec le bloc C. /0,5 pts Tâche 43 : Étude partielle de l’automatisme de commande du moteur M2
qui agit sur la montée et la descente du grappin :
Q47- Sur le D.Rep 9 ; Écrire l’équation logique du contacteur KM2 (de la montée)
du circuit de commande de M2 : /0,5 pts Q48- Sur le D.Rep 9 ; Compléter le tableau de vérité du D.Rep 9, montrant le fonctionnement de M2, dans le sens de montée, dans le cas où le contact du sectionneur Q est fermé : /0,75 pts Q49- Sur le D.Rep 9 ; Compléter le chronogramme du contacteur KM2
et de M2 selon les états de Ar et de S2 : /0,5 pts Á l’aide des données et de la configuration du D.Res 6, répondre aux questions suivantes :
Q50- Sur le D.Rep 10 ; Compléter, les éléments assurant les fonctions génériques
dans les chaînes d’énergie et d’information du grappin : /0,5 pts Q51- Sur le D.Rep 10 ; Calculer la fréquence f (en Hz) à la sortie du variateur
pour que le moteur M2 tourne à NM2 = 1400 tr/min : /0,5 pts Q52- Calculer la tension U (en V) à l’entrée du variateur ou (à la sortie analogique du CNA) : /0,5 pts Q53- Sur le D.Rep 10 ; Calculer le quantum q (ou la résolution) du module convertisseur CNA, sachant que le module est de 8 bits et génère une tension variable
comprise entre 0 et 10,2 volts continue : /0,5 pts Q54- Sur le D.Rep 10 ; Déterminer la valeur N (en décimale), à l’entrée du CNA : /0,5 pts Q55- Sur le D.Rep 10 ; Convertir en binaire la valeur de 238
(valeur décimale à l’entrée du CNA) : /0,5 pts Q56- Sur le D.Rep 10 ; Affecter sur le schéma ci-dessous la valeur binaire
correspondant à 238 sur les entrées (0 à 7) du CNA : /0,5 pts Tâche 44 : Étude du transformateur liant le circuit de puissance avec circuit de commande : Q57- Sur le D.Rep 11; Le transformateur est un convertisseur :
(Choisir la bonne réponse) /0,25 pts Q58- Sur le D.Rep 11 ; Lorsque la valeur efficace U2 (secondaire) est inférieure
à la valeur efficace U1 (primaire). (Choisir la bonne réponse) : /0,25 pts Q59- Sur le D.Rep 11 ; Calculer le rapport de transformation m, si U2=36 V et U1=400 V. /0,25 pts
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Pour une bonne stabilité du grappin de 1 tonne et des charges (déchets) de 2,2 tonnes lors du déplacement suivant ‘’x’’ (problème de basculement), la vitesse V de translation ne doit pas dépasser 100 m/min qui correspond à une fréquence de rotation Nm3 = Nm4 = 2161 tr/min des moteurs M3 et M4. Cette vitesse est réglée par la valeur numérique N(2) à l’entrée du CNA.
Le choix de la vitesse de rotation se fait par le module convertisseur numérique analogique CNA.
Ce module de 8 bits génère une tension variable comprise entre 0 et 10,2 volts continue.
On envisage d’afficher cette vitesse de rotation à l’aide d’un afficheur sept segments.
Schéma fonctionnel du système d’affichage de la vitesse de rotation des moteurs M3 et M4.
La liaison entre les différentes unités est assurée par des câbles (bus).
Tâche 51 : Étude de l’afficheur de vitesses 7 segments :
A ce propos on vous demande sur le D.Rep 11 de répondre aux questions suivantes en exploitant le D.Res 5 :
Q60- Calculer la valeur de la tension UDT en (V) délivrée par la dynamo tachymétrique DT
pour la vitesse de rotation Nm3 =Nm4 = 2161 tr/min. /0,25 pts Q61- Préciser le type du signal à la sortie de la dynamo tachymétrique DT. /0,25 pts Q62- Compléter le tableau de Karnaugh des variables de sortie « b ; e »
de l’afficheur puis déduire son équation de « b ; e ». /0,5 pts Q63- Traduire l’équation du segment « b » en logigramme. /0,5 pts
Tâche 61 : Travail graphique :
Dans le dessin d’ensemble la roue 26 est maintenue en position sur l’arbre 21 par un anneau élastique 27 (Circlips) ; suite à une anomalie de fonctionnement, le constructeur envisage de remplacer cet anneau élastique par :
Le dessin partiel de la liaison 26/21 à étudier caractérisée par :
Mise en position : (MIP) • Surface cylindrique ;
• Surface plane (Épaulement).
Maintien en position : (MAP) • Clavette parallèle ;
• Rondelle plate ;
• Rondelle élastique (Grower) ; • Écrou H.
Sur le D.Rep 12 :
Q64- Représenter la nouvelle solution en respectant les règles de dessin. /1,5 pts - Représenter la coupe locale de la clavette parallèle. /0,5 pts Q65- Dessiner l’obstacle droite de la bague extérieure du roulement 22,
par un anneau élastique (Circlips de l’alésage) ; /0,5 pts
Tâche 71 : Questions de cours : Sur le D.Rep 13 :
Q66- Compléter le tableau du D.Rep 12 par l’identification de la fonction des éléments et préciser par leur appartenance dans la chaîne fonctionnelle : /1,5 pts Q67- Compléter les colonnes de la nature des entrées et des sorties
par : (F = Faux) ou (V = Vrai) /1 pt Q68- Compléter le tableau par le nom et en mettant une croix pour préciser le groupe
de la fonction spécifique pour chaque composant : /1,5 pts
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Tâche n°11 : Analyse fonctionnelle :
Q1- Énoncé du besoin du pont roulant : /1 pt
Q2- Actigramme A-0 du grappin : /1,25 pts
Q3- Diagramme pieuvre du pont roulant : /2 pts
- Formulation de la Fonction principale de FP : . . .
. . . . /1 pt
/5,25 pts
/60 pts /20 pts
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. . . .Nom :Q4- FAST partiel relatif à FP ; FC3 et FC4. /1,5 pts
Q5- Chaîne fonctionnelle du pont roulant. /2,5 pts
/4 pts
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. . . .Nom :Tâche 21 : Analyse et compréhension du moto-réducteur-frein M2 :
Q6- Chaine cinématique du moto-réducteur-frein : /1,5 pts
Q7- En cercler les pièces qui sont animées d’un mouvement de rotation en cas de fonctionnement.
(Nota : BI : Bague Intérieure ; BE : Bague Extérieure des roulements) /2 pts
Q8- Compléter sur le D.Rep 3, le tableau des pièces du dessin d’ensemble D.Res 2 ; Fig.c : /2,5 pts
Pièce Nom Fonction
2 . . . . . . .
. . . . . . .
4 Stator du moteur Supporter les organes du moteur 5 . . .
. . . . Éliminer la translation du pignon 6 vers la gauche
6 Pignon Transmettre la puissance Entre 2 arbres // rapprochés 7 . . .
. . . .
. . . . . . .
8 Rondelle plate . . . . . .
9 . . .
. . . . Réaliser l’assemblage de 6/49 10 . . .
. . . .
. . . . . .
12 . . .
. . . . Réaliser l’étanchéité statique entre 34/24
14 Roulement BT . . . . . . .
15 . . . . . . .
. . . . . . .
18 Rondelle Grower . . . . . . .
27 Circlips de l’arbre . . . . . . .
36 Roulement BE Facilité le guidage en rotation de 42/37 39 . . .
. . . .
. . . . . . .
41 Clavette parallèle . . . . . . .
47 . . .
. . . . Augmenter l’adhérence entre les disques
48 Ressort Créer l’effort de freinage 50 . . .
. . . . Créer un champ électromagnétique
53 Vis H Éliminer la translation de 45 vers la gauche
/6 pts
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. . . .Nom :Q9- Classes d’équivalences suivantes : Utiliser toutes les pièces du mécanisme
(Nota : BI : Bague Intérieure ; BE : Bague Extérieure des roulements) /2,5 pts S1 = {1 ; . . ; 3 ; 4 ; . . ; 15 ; 23 ; . . ; . . ; 34 ; . . ; 37 ; . . ; 40 ; . . ; 50 ; 54} : (Contient 17 pièces) S2 = {5 ; . . ; 7 ; . . ; 9 ; . . ; 51 ; . . ; 53} : (contient 9 pièces)
S3 = {10 ; 11 ; . . ; BI14 ; . . ; 17 ; 18 ; . . ; 20} : (contient 9 pièces) S4 = {21 ; . . . . ; 25 ; 26 ; . . } : (contient 5 pièces)
S5 = {28 ; . .; 30 ; . . ; 32 ; . . . . ; 38 ; . . ; 42 ; 43} : (contient 10 pièces)
S6 = {45 ; 47} : (contient 2 pièces) S7 = {46} : (contient une pièce)
S8 = {48} : (contient une pièce)
Q10- Graphe des liaisons du dessin d’ensemble. /1,5 pts
Q11- Schéma cinématique et les repères des pièces. /1,5 pts
/5,5 pts
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. . . .Nom :Tâche 22 : Étude du guidage en rotation du moto-réducteur-frein M2 :
Q12- Le Guidage en rotation de ce mécanisme est réaliser par les roulements 14 ; 22 et 36,
c’est un montage . . . /0,5 pts Q13- Les bagues montées serrées sont . . . /0,5 pts Q14- Le type d’ajustement entre les portées de roulements 14 et l’arbre 13 est . . . /0,5 pts Q15- Le type d’ajustement entre les portées de roulement 14 et l’alésage 24 est . . . /0,5 pts Tâche 23 : Étude du frein à manque de courant :
Q16- Fonctionnement du frein à manque de courant /0,5 pts Les freins à ressorts à manque de courant sont des freins mono-disques à deux faces de friction.
En l'absence de tension aux bornes de l'inducteur (bobines), les ressorts exercent une pression sur le disque d'armature mobile 32 . Celle-ci vient
bloquer le rotor et ainsi créer un couple de freinage .
Avec la tension sur l'inducteur (bobines), le frein est débloqué par l'action d'un champ électromagnétique. En position défreinée, un entrefer existe entre le disque d'armature mobile 46 et la garniture 47.
Sur ce type de frein, le couple de freinage peut être modifié à l'aide de la vis CHc 2 . Q17- Tableau résumant le fonctionnement du frein à manque de courant : /0,5 pts
Entrefer 48 44 ; 45 et 46 Freinage
50 non alimentée 50 alimentée
Q18- L’intérêt de l’utilisation d’un frein à manque de courant. /0,5 pts
. . .
Q19- Rôle des trois ressorts 48 (disposés à 120 degrés). /0,5 pts
. . . . . . .
Q20- Nombre de surfaces de contact du frein : /0,5 pts n = . . .
Q21- Le couple de freinage Cf (N.m) exercé par le frein. /0,5 pts
. . . . . . . . . . . .
Q22- La variation de la valeur limite de l’effort presseur Fp est assurée : /0,5 pts
. . . . . . .
. . .
. . .
. . . . . .
. . . . . .
. . . . . .
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يام
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- ) ب ( ةيضارجلا وولعلا ةيعش - دنهمملا وول : ةدام ةحفصلا
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. . . .Nom :Tâche 24 : Étude du réducteur de vitesse à engrenages :
Q23- Tableau des engrenages : /2,25 pts Engrenages droit à dentures droites
Pièces Module
‘’m’’ Nombre de
dents ‘’Z’’ Diamètre
primitif ‘’d’’ Entraxe
‘’a’’ Rapport de
transmission ‘’k’’ Fréquence
d’entrée Fréquence de sortie 6 1,5 mm . . . 30 mm
90 mm k1 = . . . 1452 tr/min . . .
38 . . . . . . . . .
30 . . . . 35 dents . . .
. . . . k2 = . . . 290,4
tr/min . . .
11 1,5 mm 105 dents . . .
Engrenages droit à dentures hélicoïdales Pièces ‘’mn’’ ‘’β’’ ‘’mt’’ ‘’Z’’ ‘’d’’ ‘’a’’ Rapport
‘’k3’’ Fréquence
d’entrée Fréquence de sortie
17 . . . -48,189° . . . . . . 39
. . . k3 = . . . . . . . . .
26 2 . . . . . . 32 . . .
Q24- Rapport de réduction global kg de ce réducteur. /0,25 pts
. . . . . .
Q25- Vitesse de rotation Nt du tambour solidaire de l’arbre 21. /0,25 pts
. . . . . .
Tâche 31 : Augmentation de la capacité de levage de 2 tonnes à 3 ,2 tonnes:
Q26- Différentes vitesses. /2 pts Formule Application numérique Résultat
Vitesse Nr1 en sortie du réducteur pour une charge ≤ 3,2 tonnes
On a :
2 V R d
d’où : 1 2 1 2 1
60
r r
V N
d
Alors : 1 1 60
r
N V
d
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
Vitesse Nr2 en sortie du réducteur pour une charge > 3,2 tonnes
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
2 2
80 60
80 10 60
111 10 3,14 111 Nr
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
Vitesse Nm1 du moteur pour une charge ≤ 3,2 tonnes
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
Vitesse Nm2 du moteur pour une charge > 3,2 tonnes
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 765 / min Nm tr
/4,75 pts
لا ناحتملاا بيرجت
اررولاكيلل –
يام
- عوضوملا
- ) ب ( ةيضارجلا وولعلا ةيعش - دنهمملا وول : ةدام ةحفصلا
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. . . .Nom :Tâche 32 : Pour la suite travailler pour une charge ≤ 3,2 tonnes : Q27- Force F
(en N) de levage exercée par le tambour sur une charge de M(g+d) = 3,2 tonnes.
. . . /0,5 pts
Q28- Puissance Pt (W et kW) nécessaire pour soulever la charge. /0,5 pts
. . .
Q29- Travail wt (J) du (grappin + déchets) en 20 secondes. /0,5 pts
. . .
Q30- Hauteur h (m) de levage en 20 secondes. /0,5 pts
. . . . . .
Q31- Puissance Pr (W) développé par le réducteur. /0,5 pts
. . . . . .
Q32- Couple Cm (N.m) que le moteur M2 doit fournir. /0,5 pts
. . . . . . . . . .
Q33- Comparaison Cf de la Q21 et Cm de la Q32. . . /0,5 pts Ce frein est-il convenable ? . . .
Q34- Puissance Pm (W et kW) développé par le moteur M2 ; si Nm = 1400 tr/min. /0,5 pts
. . .
Q35- Référence du moteur à installer. /1,25 pts
. . .
Caractéristiques du moteur choisi.
Tension . . . . Facteur de puissance . . .
Nombre de pôles . . . Fréquence . . .
Puissance nominale . . . . Couple nominal . . . .
Vitesse nominale . . . . ID / IN . . . .
Rendement . . . . CD / CN 2,6
Q36- Intensité nominale (absorbée) par ce moteur. /0,5 pts (Donner le résultat avec 3 chiffres après la virgule)
. . . . . .
Q37- Courant de démarrage du moteur. /0,5 pts
. . .
Q38- Couple de démarrage du moteur. /0,5 pts
. . .
Tâche n°41 : Étude électrique du moteur M2 :
Q39- Couplage des enroulements statoriques : . . . /2 pts Couplage des enroulements statoriques
du moteur en utilisant les barrettes.
/8,75 pts
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. . . .Nom :Q40- Vitesse de synchronisme Ns en tr/min et calculer le glissement g en %. /0,5 pts
. . . . . .
Q41- Bilan des puissances du moteur par les éléments.
(Les pertes fer rotoriques sont supposées négligeables). /0,75 pts
Q42- Relation reliant Pu avec Pa et les pertes. /0,5 pts
. . .
Tâche 42 : Commander la montée ; descente et le freinage du grappin :
Q43- Schéma de câblage du circuit de puissance du motoréducteur-frein M2 et le câblage
des bobines du frein. /0,5 pts Q44- Schéma de câblage du circuit de commande du contacteur KM2’ assurant la descente
du grappin. /0,5 pts
/2,75 pts
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. . . .Nom :Q45- Correspondance entre la fonction et l’accessoire électrique. /3 pts
Q46- Placer les flèches représentant la tension d’entrée 36 V et la tension de sortie 34,6 V
sur le schéma du bloc B, pour relier le bloc A avec le bloc C. /0,5 pts
Tâche 43 : Étude partielle de l’automatisme de commande du moteur M2 qui agit sur la montée et la descente du grappin :
Q47- Équation logique du contacteur KM2 (de la montée) du circuit de commande de M2 : /0,5 pts
. . . . . .
Q48- Tableau de vérité montrant le fonctionnement de M2, dans le sens de montée, dans le cas
où le contact du sectionneur Q est fermé : /0,75 pts Q49- Chronogramme du contacteur KM2 et de M2
selon les états des boutons poussoirs Ar et S2: /0,5 pts
- +
- +
Entrées Sortie Ar S2 km2 KM2 M2
0 0
0 1
1 0
1 1
/5,25 pts
X
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. . . .Nom :Q50- Les éléments assurant les fonctions génériques dans les chaînes d’énergie
et d’information du grappin : /1 pt
Q51- Fréquence f (en Hz) à la sortie du variateur
pour que le moteur M2 tourne à NM2 = 1400 tr/min : /0,5 pts
. . . . . .
Q52- Tension U (en V) à l’entrée du variateur ou (à la sortie analogique du CNA) : /0,5 pts
. . . . . .
Q53- Quantum q (ou la résolution) du module convertisseur CNA, sachant que le module est
de 8 bits et génère une tension variable comprise entre 0 et 10,2 volts continue : /0,5 pts
. . . . . . . . .
Q54- Valeur N (en décimale), à l’entrée du CNA : /0,5 pts
. . . . . .
Q55- Conversion en binaire la valeur de 238 (valeur décimale à l’entrée du CNA) : /0, 5 pts
. . . . . .
Q56- Affectation sur le schéma ci-dessous la valeur binaire correspondant à 238
sur les entrées (0 à 7) du CNA : /0, 5 pts
/4 pts
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. . . .Nom :Tâche 44 : Étude du transformateur liant le circuit de puissance avec circuit de commande : Q57- Le transformateur est un convertisseur : (Cocher la bonne réponse) /0,25 pts Alternatif – Alternatif ;
Alternatif – Continu ; Continu – Continu.
Q58- Lorsque la valeur efficace U2 (secondaire) est inférieure à la valeur efficace U1 (primaire). (Cocher la bonne réponse) : /0,25 pts Le transformateur est abaisseur de tension ;
Le transformateur est élévateur de tension ;
Le transformateur n’est ni élévateur ni abaisseur de tension.
Q59- Rapport de transformation « m » , si U2=36 V et U1=400 V. /0,25 pts
. . . . . .
Tâche 51 : Étude de l’afficheur de vitesses 7 segments :
Q60- Valeur de la tension UDT en (V) délivrée par la dynamo tachymétrique DT pour
la vitesse de rotation Nm3 = 2161 tr/min, avec Ke = 7.10-3 V/(tr/min) est la constante
de la f.é.m.de la dynamo tachymétrique DT. /0,25 pts
. . . . . . . . . . . . .
Q61- Type du signal à la sortie de la dynamo tachymétrique DT. /0,25 pts
. . .
Q62- Tableau de Karnaugh des variables de sorties « b ; e » de l’afficheur
puis déduction de l’équation de « b ; e ». /0,5 pts
Q63- Traduction de l’équation du segment « b » en logigramme. /0,5 pts b = . . .
e = . . .
IMPLICATION
OU EXCLUSIF (XOR)
NON OU EXCLUSIF (XNOR)
/2,25 pts
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. . . .Nom :Q64- Nouvelle solution en respectant les règles de dessin. /1,5 pts - Coupe locale de la clavette parallèle. /0,25 pts Q65- Obstacle droite de la bague extérieure du roulement 22,
par un anneau élastique (Circlips de l’alésage). /0,25 pts
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. . . .Nom :21 24
26
25
22 23
/2 pts
Tâche 61 : Questions de cours :
Q66- Identification de la fonction des éléments et préciser et appartenance dans la chaîne
fonctionnelle : /1,5 pts
Nom de l’élément Fonction assurée Chaîne
information
Chaîne énergie
Variateur de vitesse électrique Distribuer
Moteur Asynchrone 3 . . . Dynamo Tachymétrique . . . Codeur incrémental . . . Automate programmable . . . Distributeur hydraulique . . . Vérin hydraulique . . .
Q67- Nature des entrées et des sorties par : (F = Faux) ou (V = Vrai) /1 pt La nature des entrées La nature des sorties
Tout ou Rien (TOR) Analogique TOR Analogique
Variateur de vitesse élec. . . . . . . . . . . . .
Codeur incrémental . . . . . . . . . . . .
Automate programmable . . . . . . . . . . . .
Q68- Nom et la fonction spécifique pour chaque composant : /1,5 pts
Repère Nom du composant
Fonctions spécifiques Groupe
pompage
Groupe conditionnement
Groupe commande
Groupe récepteur 1
2 ; 9 3 5 6 7+10
8 11
/4 pts
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. . . .Nom : Ponts roulant :
Tableau 1 :
FP . . . . . . FC1 Respecter la charge limite
FC2 S’adapter à la forme de la trémie FC3 Être manœuvré et réglé par l’utilisateur FC4 Respecter les normes de sécurité en vigueur FC5 S’adapter à l’énergie électrique du réseau ONE FC6 Résister à l’environnement
FC7 Respecter la vitesse limite du vent
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A-A (13 seule)
Mot o -ré du c teur -fre in M2 :
Fig.d : dessin d’ensemble78910 2527
28
43
12 15 161820 49
56 11 13141719 2122 23 24 262930313233343839404142
44464547
50 48
53 5152
54 373536
Réducteur à engrenages :
Étage 1 : Engrenage
droit à denture
droite
d = m.Z
- d : diamètre primitif
- m : module (même module pour les 2 roues)
- Z : nombre de dents
L’entraxe :
6 38
6 -38
6 38
d + d a =
2 m(Z + Z ) =
2
Rapport :
38 6
1
6 38
N Z
k = =
N Z
Étage 2 : Engrenage
droit à denture
droite
d = m.Z
- d : diamètre primitif - m : module normal
(même pour les 2 roues) - Z : nombre de dents
L’entraxe :
30 11
30 -11
30 11
d + d a =
2 m(Z + Z )
= 2
Rapport :
30 11 2
30 11
N Z k = =
N Z
Étage 3 : Engrenage
droit à denture hélicoïdale
d = mt.Z
- d : diamètre primitif - mt : module apparent (même pour les 2 roues) mt = mn /cosβ et β26=-β17
- mn : module normal - Z : nombre de dents
L’entraxe :
17 26
17 -26
t 17 26
d + d a =
2
m (d + d )
= 2
Rapport :
26 17
3
17 26
N Z
k = =
N Z
لا ناحتملاا بيرجت
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- عوضوملا
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Frein à manque de courant :
Nomenclature du frein à manque de courant : - 44 : Flasque-frein
- 45 : Porte-garnitures (disque) - 46 : Plateau presseur
- 47 : 2 Garnitures (ferodo) ; fixes sur 45 - 48 : 3 Ressort de frein
- 49 : Arbre moteur - 50 : Bobine - 51 : 2 Clavette //
- 52 : Rondelle plate - 53 : Vis H
- 54 : Culasse
- Fp : Action des ressorts - Jeu : Entrefer
- Fe : Force électromagnétique supérieure à Fp
Sachant que : L’expression du couple de freinage est la suivante
3 3
2 2
2
f p moy p 3
R r
C n F f R n F f
R r
: Avec : - n : Nombre de surfaces de contact entre
les disques du frein ;
- Fp : Effort presseur produit par les trois ressorts 48 sur le disque 46 ; l’effort exercé par un ressort est F = 853 N ; - f : Coefficient de frottement entre 44 ; (45+47) et 46 est f = 0,65 ;
- Les rayons des surfaces de contact des disques sont les suivants : R = 294 mm ; r = 138 mm.
r R
F
pJeu
F
e Chaîne cinématique de la colonne de levage :
Choix du moteur asynchrone triphasé :
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Caractéristiques de la dynamo tachymétrique DT
Constante de la f.é.m. (Ke en V/tr/min) Ke = 7.10-3
Schéma fonctionnel du système d’affichage de la vitesse de rotation du moteur M3
Table de vérité de l’afficheur 7 segments
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Données pour la tâche 43 :
La montée ou la descente du grappin, est assurée par M2 commandé, selon la configuration ci-dessous d’une part, par un variateur de fréquence qui délivre une fréquence modulée selon la vitesse de rotation désirée et, d’autre part, par des relais KM.. permettant de définir le sens de rotation du moteur.
Le choix de la vitesse de rotation se fait par le module convertisseur numérique analogique CNA.
Ce module de 8 bits génère une tension variable comprise entre 0 et 10,2 volts continue.
La descente de la table du module de translation verticale doit se faire à une vitesse V = 27 mm/s, pour cela la vitesse de rotation du moteur asynchrone doit être de n = 1400 tr/min. Cette vitesse est réglée par la valeur numérique N à l’entrée du CNA.
