PSI*

Lycée P.Corneille

Dynamique chaîne d énergie.docx Page : 1/4

Travaux Pratiques

CAPSULEUSE DE BOCAUX

Etude théorique et expérimentale de la dynamique de

la chaîne d’énergie

• Temps alloué 2 heures

PRESENTATION

Mise en situation :

Le système INDEXA est une des dernières parties opératives d’une chaîne alimentaire, il permet de visser

des capsules sur les bocaux d’aliments pour bébés.

Constitution :

Le système INDEXA se compose :

- d’un tapis d’alimentation des bocaux,

- d’un système électromécanique d’indexage des bocaux à croix de Malte,

- d’une partie opérative pneumatique de pose et vissage des capsules,

- d’une partie commande par automate programmable TSX17 ou TSX 37.

- d’un pupitre de commande.

Partie opérative

Partie commande

Chaîne de

préparation du

produit Remplissage

Pose et

vissage

capsule

INDEXA

Étiquetage

codage

Préparation pour

expédition

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Objectif:

Afin de valider le choix du moteur, on souhaite calculer en dynamique le couple et la

puissance moteur nécessaire au transfert des bocaux par la croix de Malte. On vérifiera

expérimentalement le résultat obtenu.

Questions:

1 Analyse fonctionnelle de la chaîne d’énergie.

1.1 Enoncez les 3 fonctions composantes de la fonction de service « transférer les

bocaux »

BOUCHER EN

CONTINU DES

BOCAUX

Alimenter en bocaux

Boucher un bocal

Transférer les bocaux

Evacuer les bocaux

Etre alimenté en énergie

Fc1

Fc2

Fc3

FONCTIONS DE SERVICE Fonctions composantes

Moteur

Réducteur

Croix de Malte +

maneton

Solutions techniques

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1

3

A O

B

Moment d’inertie de l’étoile de

transfert liée à la croix de Malte

autour de son axe de rotation : I3

Masse de l’ensemble

maneton galet négligée

Le mécanisme à croix de Malte permet le transfert des bocaux situés dans les encoches du

plateau. Une révolution de l’arbre d’entrée (maneton) provoque une rotation d’¼ de tour de

l’étoile de transfert liée à la croix de Malte. Ce cycle se décompose en deux phases :

• Lorsque le maneton est engagé dans une rainure du plateau de la croix de Malte, il

entraîne en rotation le plateau : c’est la phase d’ENTRAINEMENT

• Lorsque le maneton n’est pas engagé dans une rainure du plateau de la croix de Malte,

il est bloqué en position : c’est la phase d’INDEXATION

2 Etude de l’instrumentation du système

Faire une acquisition des grandeurs mécaniques comme décrit dans l’annexe I’ pour une

vitesse de consigne de 10tr.mn-1.

A partir de l’annexe 2, identifier sur le système réel les différents capteurs qui

permettent d’accéder aux grandeurs mécaniques vitesses et couples. Quel est le rôle des

collecteurs tournants ?

3 Etude dynamique de la phase d’entraînement.

Synoptique de la chaîne d’énergie :

Ce est le couple du motoréducteur sur le maneton = Couple maneton mesuré

Cs est le couple de la croix de Malte sur l’étoile de transfert = Couple plateau mesuré

C’s est le couple résistant sur l’étoile de transfert que l’on supposera= 0 (résistance

négligeable comparée aux effets dynamiques)

Croix

de

Malte

Réducteur

rapport r

rendement

Moteur

asynchrone Pélec

Pmot

Cmot

mot

Pe

Ce

e

Ps

Cs

s

Ieq = Inertie équivalente du moto-

réducteur ramenée à l’arbre de sortie

Ensemble

étoile de

transfert

P’s

C’s=0

s

Maneton P’e

F

V

Masses

négligée

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3.1 Expression de Ieq

On note : Im le moment d’inertie du moteur

Ivis le moment d’inertie de la vis du réducteur

Iroue le moment d’inertie de la roue du réducteur

Exprimer Ieq en fonction de r et des différents moments d’inertie.

Pour imposer une cadence de production donnée, on a choisi d’asservir la vitesse du moteur.

Dans toute la suite, on supposera la régulation parfaite et la vitesse mot pourra être

considérée constante.

3.2 Donner l’expression du couple maneton mesuré Ce en fonction de Cmot et des

caractéristiques du réducteur.

3.3 A partir des mesures effectuées dans la partie 2, valider ou non l’hypothèse de

masse négligeable pour l’ensemble maneton + croix de Malte. Donnez alors la

relation entre les couples Ce , Cs , et (voir annexe IV). Mesurer R1 et E puis

calculer .

3.4 Donner l’expression du couple plateau mesuré Cs en fonction de I3 et de .

3.5 Ouvrir le fichier cinematique croix de malte.xls . Tracer l’évolution théorique de

l’accélération de la croix de malte. Comparer à l’évolution du couple mesuré et en

déduire la valeur de I3

..

ANNEXES Page : 5/16

ANNEXE I Mise en œuvre du système Mettre sous tension le compresseur .

Raccorder l'énergie pneumatique grâce à la mollette

bleue située sur le filtre placé à l'intérieur de la

machine.

Vérifier que le bouton d'arrêt d'urgence est déverrouillé.

Mettre la manette du sectionneur électrique sur la position "ON". Le voyant blanc "Sous tension" situé sur la

porte de l'armoire électrique s'éclaire.

Appuyer sur le bouton poussoir lumineux "En service". Le voyant vert intégré s'éclaire et le voyant rouge

"Défaut" clignote lentement.

Vérifier que le commutateur "expérimentation/production" est sur "production".

Vérifier que le potentiomètre réglage vitesse plateau n’est pas sur "zéro".

Appuyer sur le bouton "initialisation" pour mettre la machine en position initiale.

Le système se met en conditions initiales.

Dès que le système est initialisé, le voyant vert "machine prête" s'allume.

Placer le sélecteur "auto/main" sur "auto" et appuyer sur le bouton "marche".

Le convoyeur se met en route et les opérations de transfert, vissage, s'effectuent automatiquement.

Le voyant "marche" s'allume.

L'absence de bocaux à l'entrée de l'étoile de transfert interrompt le cycle. Il reprend automatiquement à l'arrivée

des bocaux.

La saturation du convoyeur d'évacuation interrompt le fonctionnement du système, il repart automatiquement à

l'enlèvement des bocaux.

L'appui sur le bouton "arrêt" provoque l'arrêt en fin de cycle du système .Le voyant "machine prête"

s'allume.

Remarques L'absence de bocaux à l'entrée de l'étoile de transfert interrompt le cycle. Il reprend automatiquement à l'arrivée

des bocaux.

La saturation du convoyeur d'évacuation interrompt le fonctionnement du système, il repart automatiquement à

l'enlèvement des bocaux.

L'appui sur le bouton "arrêt" provoque l'arrêt en fin de cycle du système. Le voyant "machine prête"

s'allume.

SUITE Page suivante

ANNEXES Page : 6/16

ANNEXE I’ Mise en œuvre pour visualiser les grandeurs mécaniques

Brancher le câble USB qui relie la capsuleuse au PC

Enlever tous les bocaux à l’entrée de l’étoile de transfert.

Mettre le sélecteur sur E.

Appuyer sur le bouton MARCHE.

Le voyant MARCHE reste allumé et le système est prêt à être piloté depuis le PC.

Lancer le logiciel CAPSULEUSE INDEXA dont l'icône est présente sur le bureau.

Sur la page d'accueil qui apparaît, sélectionner le menu ACQUISITION DES SIGNAUX pour obtenir la fenêtre ci-

dessous.

Pour répondre à la consigne de vitesse indépendamment des perturbations, la commande de la vitesse de

rotation du maneton présente une structure asservie.

Enregistrement d’une acquisition (nécessaire pour la suite du TP) :

▪ Cliquer sur

▪ Ouvrir le répertoire : Mes Documents/capsuleuse/

(Vous retrouverez toutes vos acquisitions dans ce répertoire)

▪ Sélectionner ce répertoire (en bas à droite) :

▪ Choisir une durée d’acquisition de 10s

▪ Cliquer sur Acquisition

.

Sélectionner un répertoire de sauvegarde

Régler la durée d’acquisition et la vitesse de consigne

Placer le sélecteur sur ENREGISTREMENT

ANNEXES Page : 7/16

ANNEXE II Mesure de vitesses et mesure de couples

Il est intéressant de contrôler un certain nombre de paramètres de fonctionnement de la machine, notamment au

niveau de la croix de Malte qui est soumise à un fonctionnement cinématique particulier et transmet des efforts

importants.

L'acquisition des mesures et des vitesses réelles est effectuée sur PC pour permettre un traitement aisé des

données.

Chaîne de mesure Dynamo tachymètrique 28l 28

Collecteur tournant AC 6023-6

Jauge de contrainte KFG-1-350-D16-11

Amplificateur EL 621

Alimentation FAR 2F

Collecteur tournant

Traitement sur PC

Enregistrement

Codage

Commutation

Couple

Déformation des jauges

Pont de Weston

Amplificateur Alimentation

Vitesse de rotation

Dynamo tachymétrique

E2

C

R

e

U

E

ANNEXES Page : 8/16

ANNEXES Page : 9/16

ANNEXE III Ensemble moto réducteur

Moteur asynchrone 0,095A 0,18kW 28t/min réduction 50 Plateau MVA M53C 50 LS 63 FMC

Variateur 230Vac 50Hz 0,25kW Plateau Digidrive SKA

Rapport de réduction r =1/50

Rendement réducteur = 0.8

ANNEXES Page : 10/16

ANNEXE IV Compléments sur la croix de Malte

L'entraxe roue 3 -maneton 1 est noté E ( OA = E).

L’excentricité entre l’axe du galet et l’axe du maneton est notée R1=AB

On pose = R1/E

On donne pour une vitesse d’entraînement constante :

sin1cosarctan

1sin2

)sin(2

)²1sin2(

)1(cos2

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