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PTSI TP2 - POMPE DOSHYDRO CI3 1
TTTRRRAAAVVVAAAUUUXXX PPPRRRAAATTTIIIQQQUUUEEESSS
CI3: MODELISER, PREVOIR ET VERIFIER LES PERFORMANCES CINEMATIQUES DES SYSTEMES
POMPE DOSHYDRO
LES OBJECTIFS DE CE TP SONT DE:
• prévoir les performances cinématiques du système réel à partir de modélisations (loi
E/S théorique, loi E/S simulée numériquement),
• mettre en œuvre un logiciel d’analyse mécanique pour simuler le comportement
cinématique d’un système
• mesurer les performances cinématiques des systèmes à partir d’essais
expérimentaux
• quantifier et analyser les écarts entre performances simulées et réelles
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Système souhaité Service attendu
J'ai envie
J'ai besoin
Système réel en utilisation Service réalisé
Système simulé Service simulé
Éca
rt 2
É
cart
1
Éca
rt 3
DEROULEMENT DE LA SEANCE DE TP
• Dans le cas où deux binômes travaillent simultanément sur ce système, il vous
est demandé de vous organiser afin de réaliser vos mesures expérimentales en
alternance
• La première partie et notamment la détermination de la relation E/S théorique
doit IMPERATIVEMENT être traitée avant la séance de TP. Elle ne constitue pas
l’objet de la séance de TP
• La dernière partie constitue la synthèse de votre travail. Elle est essentielle et
ne doit être négligée. Aussi, assurez vous de lui consacrer le temps nécessaire
• Pour indication, voici la durée recommandée pour chaque partie
Durée Séquence
1 : 45 min Partie 2 : Simulation
2 : 45 min Partie 3 : Détermination expérimentale
3 : 60 min Partie 4 : Synthèse
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MISE EN SITUATION
PRESENTATION
Le banc d’essai DOSHYDRO, développé par la société HYDRO-TECHNIC met en situation une pompe doseuse
comme celles que l’on peut rencontrer dans des secteurs comme le traitement des eaux, l’industrie
agroalimentaire, l’industrie pharmaceutique, etc. Une telle pompe est utilisée chaque fois qu’un dosage précis
et continu est nécessaire. Elle présente également l’avantage de découpler totalement le fluide transvasé du
mécanisme de transmission de puissance, par un système à membrane. Ce qui est particulièrement intéressant
pour les fluides sensibles que l’on rencontre dans les secteurs cités ci-dessus.
La pompe installée est une pompe DOSAPRO MILTON ROY de type F200.
Elle est entraînée par un moteur électrique LEROY -SOMER 220 V asynchrone de 370 W, de type LS71 P à 4
pôles, tournant à vide à 1500 tr/min sous une alimentation monophasée de 50 Hz.
1 : pompe F200
2 : réservoir 601
3 : éprouvette
4 : vanne d’isolement
5 : ballon amortisseur
6 : manomètre
7 : soupape de retenue
réglable
8 : capteur de déplacement
9 : capteur de pression
10 : vernier de réglage
RECOMMANDATIONS :
� La vanne de vidange (celle de droite) doit toujours rester fermée : ne jamais la manipuler !
� La soupape 7 est utilisée ici pour simuler une résistance du circuit de refoulement. Elle est réglée pour que tout se passe bien. Vous n’avez pas à y toucher lors de ce TP. Vérifier néanmoins que la pression ne dépasse pas 3 bars.
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ANALYSE FONCTIONNELLE
DIAGRAMME DES INTERACTEURS
FP1 : Doser du fluide FC1 : Permettre le réglage du débit par l’utilisateur FC2 : S ‘adapter à la pression imposée par le récepteur FC3 : être alimenté en énergie électrique FC4 : Résister au fluide à doser
ACTIGRAMMES SADT A-0 ET A0
Système DOSHYDRO
Fluide à doser Fluide dosé
Utilisateur
Energie électrique
Récepteur
FP1
FC3
FC2
FC1
FC4
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DIAGRAMME FAST PARTIEL
Fonction Critères Niveau
Doser un fluide Cylindrée réglable (dose) 0 à 25 cm3
Débit réglable 0 à 240 l/h
Pression de refoulement 2 à 8 bars
Doser un fluide
Résister à la nature chimique du fluide
Pomper et refouler une quantité de
fluide
Alimenter le moteur électrique
Convertir l’énergie électrique en énergie
mécanique
de rotation
Adapter le mouvement de rotation
Relais d’alimentation
Moteur Asynchrone
Système roue vis sans fin
Transformer la rotation en translation
alternative
Excentrique + noix et crosse
Pomper et refouler du fluide
Doseur à membrane
Régler le débit du dosage
Limiter la course de la crosse
Régler la course du coulisseau
Butée + coulisseau
Came en cœur + vernier
Doseur à membrane
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1. LOI ENTREE SORTIE THEORIQUE (TRAVAIL PREPARATOIRE IMPERATIF)
Les objectifs de cette partie sont les suivants :
• Analyser le mécanisme étudié et mettre en place un modèle adapté à l’étude cinématique,
• Déterminer la (les) loi(s) entrée sortie théoriques du mécanisme
La chaîne cinématique de la pompe doseuse comporte trois mécanismes distincts :
� Un réducteur roue et vis sans fin de rapport 1/10
� Un mécanisme de transformation de mouvement de rotation continue en
translation rectiligne alternative.
� Un dispositif de réglage de la cylindrée
Dans cette première partie, on ne s’intéressera qu’au mécanisme de transformation de mouvement, sans se
préoccuper du dispositif de réglage de la cylindrée.
MODELISATION CINEMATIQUE DU MECANISME
Afin d’étudier le comportement cinématique du système, on propose le schéma cinématique minimal plan
suivant :
QQ11.. Distinguer les paramètres variables (dépendants du temps) et constants du système définis sur la
figure paramétrée ci dessus.
QQ22.. Justifier la représentation plane du mécanisme pour l’étude du système. Donnez le graphe des liaisons
2D de ce mécanisme. Justifier les modèles de liaisons choisis (observez le mécanisme réel ainsi que la
maquette numérique) .
QQ33.. Donner les plages de variation en fonctionnement de x et θ.
y��
A
O x�
Bâti
Noix
37
Ensemble
Crosse + Coulisseau θ
( )x t
1
��
y Excentrique
52
r
A’
r
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DETERMINATION DE LA RELATION ENTREE/SORTIE
On note OA = R = 7,5 mm. On appelle x(t) le déplacement du coulisseau.
QQ44.. Montrer que : ( ) (1 cos )x Rθ = − θ si on choisit : ( ) 0 ( ) 0 0x t et x t si θ≥ = = (inverser le
sens de x�
)
QQ55.. Quelle est la course du piston par rapport au bâti ?
On note ω (144 tr/min) la vitesse de rotation de la roue excentrique / bâti.
QQ66.. Quelle est alors l’expression de la vitesse du piston ( )θv par rapport au bâti ?
QQ77.. Tracer l’allure de l’évolution de ( )x θ et ( )v θ en fonction du temps, pour deux ou trois allers et
retours.
TRACE DE LA LOI E/S AVEC EXCEL
� Avec Excel, tracer les relation ( )=x f θ et ( )= f θv sur la plage d’évolution du mécanisme
PRISE EN COMPTE DU DISPOSITIF DE REGLAGE DE LA COURSE DU PISTON On donne le schéma cinématique du mécanisme complet, intégrant le dispositif de réglage de la course du
piston, dont on souhaite tenir compte dans la suite de l’étude.
QQ88.. En déduire alors les nouvelles courbes lorsqu’il y a contact entre la goupille 018 et la came 023.
Le débit moyen de la pompe est le volume débité par la pompe pendant un temps donné. On décide de noter S
la section utile de la membrane du doseur monté sur la pompe. On appelle aussi cylindrée de la pompe le
volume débité par la pompe pendant un tour complet de la roue excentrique 052A.
QQ99.. Quelle est l’expression de la cylindrée Vp de la pompe (préciser les unités) ?
QQ1100.. Quelle est l’expression du débit moyen Qm de la pompe (préciser les unités) ?
Le débit instantané de la pompe est le produit de la vitesse du coulisseau par la section du coulisseau.
QQ1111.. Quelle est l’expression du débit instantané ( )q θ de la pompe (préciser les unités) ?
QQ1122.. Tracer l’évolution de ( )q θ et indiquer alors comment on peut déterminer Qm sur cette courbe.
(*) Goupille 018
Came 023
Réglage
Coulisseau 010
Crosse 012
Noix 037
Excentrique 052A Arbre
moteur
Z
X
Y
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2. LOIS ENTREE-SORTIE SIMULEES DE LA POMPE
L’objectif de cette partie est le suivant :
• Mettre en œuvre un logiciel d’analyse mécanique pour déterminer les relations E/S géométrique et
cinématique simulées du mécanisme étudié
SIMULATION NUMERIQUE DU COMPORTEMENT CINEMATIQUE
� Lancer Solidworks et activer le module de simulation Motionworks (Outils/Compléments)
� Ouvrir la maquette numérique du système sous Solidworks
� Assurez vous de la correspondance des différentes grandeurs dimensionnelles avec celles du
système réél
� A l’aide de Motionworks simuler le comportement cinématique du mécanisme
� Visualiser les résultats dans le grapheur de sortie puis exporter les grandeurs souhaitées sous
Excel (on s’intéresse à l’évolution de ( )=x f θ et de sa grandeur dérivée v x= � )
� Tracer les évolutions de ( )=x f θ et de sa grandeur dérivée v x= �
3. LOI GEOMETRIQUE ENTREE-SORTIE EXPERIMENTALE DU MECANISME
L’objectif de cette partie est le suivant :
• Déterminer expérimentalement les relations entrée sortie du mécanisme
La chaîne de mesure utilisée pour connaître la position du piston 010 de la pompe et la pression de
refoulement comporte :
� un capteur potentiométrique alimenté par une alimentation stabilisée placée dans le coffret de
commande de la pompe doseuse. Ce capteur délivre une tension variant de 0 à 5 volts qui
représente la position de la tige mobile, liée au piston 010, par rapport au corps du capteur. La
sensibilité du capteur est égale à 0,2 V/mm.
� un capteur de pression qui indique la pression dans le circuit de refoulement (entre le clapet de
sortie et la soupape de retenue). Sa sensibilité est égale à 0,5 V/bar.
� la carte d’acquisition Digimétrie pilotée par un logiciel qui traduit sous forme graphique les
tensions envoyées par les capteurs.
MANIPULATION : ETUDE EXPERIMENTALE DE LA LOI ENTREE SORTIE GEOMETRIQUE
� En consultant le Document Ressources intitulé « Mesures avec la carte Digimétrie », acquérir les
courbes de déplacement du piston 010.
� Si possible, renouveler la procédure afin de disposer de plusieurs relevés de mesure
� Sous Excel, tracer la relation expérimentale ( )θ=x f , du mécanisme.
� En utilisant l’approximation numérique i 1 ii i
i 1 i
x(t ) x(t )v(t t ) x(t t )
t t+
+
−= = =
−
� � , tracer l’évolution de la
vitesse v
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4. SYNTHESE DE L’ETUDE
� Sur un même graphique, représenter les différentes lois obtenues précédemment. Au besoin on
recalera les origines afin de pouvoir comparer les courbes.
� A l’aide d’Excel, calculer en chaque point les différents écarts, en absolu et en relatif.
� Tracer les courbes d’évolution associées
QQ1133.. Commentez vos résultats. Proposez une interprétation des éventuels écarts.
QQ1144.. Les écarts constatés sont-ils significatifs ? Peut-on valider les modèles (théoriques/numériques)
adoptés pour l’étude
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Doc. Annexe 1a Identification des composants
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Doc. Annexe 1b Identification des composants
Cro
sse 3
C
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Doc. Annexe 2 Dessin d’ensemble