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TD3 méca 1TSET SYSTEME DE LEVAGE ELECTRIQUE BSL 1200

Objectifs duTD et connaissances associées : -Recherche de plusieurs états cinématiques, indice de transmission. -Recherche d’actions mécaniques pour un état d’équilibre statique. -Vérification de la motorisation. -Recherche de l’inertie équivalente de l’ensemble sur l’arbre du moteur électrique. -Recherche des caractéristiques de démarrage direct ( montée et descente ). -Etude du freinage (montée et descente ). Objectifs et compétences attendues ( B.O ) :

Code Intitulé du programme

Durée

30 mn

AF6.2 Distribution de l’énergie: système de transmission de mouvement 8 Mécanique ( 8-1-1 statique , 8-1-2 cinématique , 8-1-3 Dynamique ) Construction ( liaisons 8-2, dessin 8-3 )

Prérequis : -Liaison encastrement démontable -Cinématique du solide en mouvements de translation et de rotation -Liaisons élémentaires et P F S -Indice de transmission -Puissance , rendement -Inertie équivalente pour rotation et translation -P F D pour la rotation et la translation des solides Conditions de réalisation : Travail individuel Conditions matérielles : Table classique Documents fournis : Dossier technique : DOCUMENTS extraits du dossier complet du BSL1200 Énoncé sur feuilles 1/3,2/3,3/3

BSL1200.doc par V.G. Le 09/10/2001 page 1/3


Travail demandé : 1- Etude cinématique ( translation de la charge avec axe z vertical ascendant ) 1-1 A partir de la chaîne énergétique ci dessous et de la doc tech, calculer : -L’indice de transmission du réducteur i = Ne / Ns -La vitesse maxi de rotation du tambour en tr/mn et en rd/s -La vitesse linéaire maxi de la charge en m/mn et en m/s

Chaîne énergétique 1-2 Le démarrage et le freinage en montée s’effectuent respectivement en 100 et 80 ms. Le démarrage et le freinage en descente s’effectuent respectivement en 80 et 120 ms .Les phases ( permanente et arrêt ) entre les deux mouvements seront de 500ms -Tracer les courbes N moteur = f ( t ) , V charge m/s = g ( t ) , a charge m/s² = h ( t ) 2- Etude statique A partir de l’équilibre statique de la poulie peseuse, déterminer la tension T du cable en fonction de la force F encaissée par la cellule de charge . 3- Etude dynamique en phase permanente ( vérification de la motorisation ) -Déterminer la puissance utile de la motorisation. -Calculer le facteur de charge du moteur : k = Pu / PN . -Conséquence pour le rendement électromagnétique du moteur 4A100LA4K ? 4- Etude dynamique en démarrage direct ( vérification des rampes ) 4-1 Montée de la charge A partir de la chaîne énergétique , calculer : -Le moment résistant équivalent de la charge ramené sur l’arbre du moteur. -Le moment d’inertie équivalent de la charge ramené sur l’arbre du moteur. -Le temps de démarrage du moteur afin d’acquérir sa vitesse maxi . Le comparer par rapport au relevé sur le système ( voir 1-2 )


Treuil Tamb Cable D = 217mm

tr/mn

Charge 250 kg

V = m/s

Réducteur i = Rend = 0.8

Moteur 4A100LA4K

kW tr/mn


4-2 Descente de la charge A partir de la chaîne énergétique ( voir DT ), calculer : -Le moment moteur équivalent de la charge ramené sur l’arbre du moteur. -Le temps de démarrage du moteur afin d’acquérir sa vitesse maxi . 5- Etude dynamique en phase de freinage direct ( frein à disque : Mf = 20.7 N.m ) 5-1 Montée de la charge Calculer : -Le moment résistant équivalent de la charge ramené sur l’arbre du moteur. -Le temps de freinage . 5-2 Descente de la charge Calculer : -Le moment moteur équivalent de la charge ramené sur l’arbre du moteur. -Le temps de freinage . 6- Étude graphique ( Sur A3 ) But : Réalisation de deux TP en (essais et mesures )

- Détermination expérimentale du moment d’inertie du rotor du moteur 4A100LA4K

- Détermination précise du rendement électromécanique de ce moteur au 1/3 de sa charge nominale ( condition de fonctionnement en phase permanente avec 250 kg ) afin de déterminer avec précision le rendement mécanique global du BSL1200 par un autre essai sur le site.

Réaliser la mise en position et le maintient en position du moteur 4A100LA4K sur le banc d’essai avec frein à poudre, capteur de couple et volant d’inertie ( LEROY- SOMER ) en concevant une bride support à partir d’un profilé acier en L normalisé. Les éléments de maintient en position se feront par boulons normalisés ( voir doc. 11-19 pour le moteur , pour le banc : M10 )


DOCUMENTATION TECHNIQUE

Feuille réponse à la question 2

Travail demandé : CORRIGE 1- Etude cinématique ( translation de la charge avec axe z vertical ascendant ) 1-1 A partir de la chaîne énergétique ci dessous et de la doc tech, calculer : -L’indice de transmission du réducteur i = Ne / Ns i = Ne / Ns = produit des Z menées / produit des Z menantes = Z5*Z7*Z43 / Z3*Z4*Z2 = 108*76*84 / 22*20*20 i = 78.35 -La vitesse maxi de rotation du tambour en tr/mn et en rd/s N tamb = N mot / i N tamb = 1420 tr/mn / 78.35 N tamb = 18.12 tr/mn ω tamb = π * N tamb / 30 ω tamb = π * 18.12 / 30 ω tamb = 1.898 rd/s -La vitesse linéaire maxi de la charge en m/mn et en m/s Vmaxi charge = π*D*N pratique pour les m/mn Vmaxi charge = π*0.217m*18.12tr/mn Vmaxi charge = 12.35m/mn Vmaxi charge = ω*R pratique pour les m/s Vmaxi charge = 1.898rd/s*0.1085m Vmaxi charge = 0.2m/s

Chaîne cinématique



18.12 tr/mn

Charge 250 kg

V = 0.2 m/s

Réducteur i = 78.35

Moteur 4A100LA4K

1420 tr/mn

!!!! Remarque : le rendement n’intervient pas dans les calculs de cinématique Exemple du vélo : pour un tour du pédalier, vous parcourez la même distance chaîne rouillée ( mauvais rendement ) que chaîne bien lubrifiée ( bon rendement ). Par contre, l’effort sur les pédales ou le moment utile ( N.m ) que vous devez développer est plus important dans le premier cas que dans le deuxième si l’on veut atteindre la même vitesse dans un même temps: on est ici en dynamique ou en énergétique Le rendement intervient uniquement pour le calcul des actions mécaniques ( moment, force ) DR1

1-2 Le démarrage et le freinage en montée s’effectuent respectivement en 100 et 80 ms. Le démarrage et le freinage en descente s’effectuent respectivement en 80 et 120 ms .Les phases ( permanente et arrêt ) entre les deux mouvements seront de 500ms -Tracer les courbes N moteur = f ( t ) , V charge m/s = g ( t ) , a charge m/s² = h ( t ) N 0.1s 1420 tr/mn 0.6 mot 1.18 1.88 t 0.68 1.26 1.76 V 0.1s 0.2m/s 0.6 charge 1.18 1.88 t 0.68 -0.2m/s 1.26 1.76 a charge 2m/s² 1.66m/s² t -2.5m/s² DR2

2- Etude statique A partir de l’équilibre statique de la poulie peseuse, déterminer la tension T du câble en fonction de la force F encaissée par la cellule de charge .

3- Etude d-Détermin

Moteur4A100LA

kW1420 tr/m

2.2

T

ynamique en phase permanente ( vérificaer la puissance utile de la motorisation.

Chaîne énergétiquPutile = mgV/η

Réducteur i = 78.35 Rend = 0.8

TreuTamb CD = 217

18.12 tr

4 n

T
F
45°

T = F * cos 45° =0.707*F

tion de la motorisation )

e Pcharge = mgV

DR3

il able mm /mn

Charge 250 kg

V = 0.2 m/s

Putile = Pcharge / η Putile = mgV / η Putile = 250kg*9.81m/s²*0.2m/s / 0.8 Putile = 613W -Calculer le facteur de charge du moteur : k = Pu / PN K = Pu / PN K = 613 / 2200 K = 0.28 ou 28 % -Conséquence pour le rendement électromagnétique du moteur 4A100LA4K ? mauvais rendement car on travaille au 1/3 de la charge nominale Le rendement des moteurs asynchrones est maxi pour la charge nominale. 4- Etude dynamique en démarrage direct ( vérification des rampes )

Chaîne énergétique Putile = 613 W Pcharge = mgV

J équivalent charge / moteur



18.12 tr/mn

Charge 250 kg

V = 0.2 m/s

Moteur 4A100LA4

2.2kW 1420 tr/mn

4-1 Montée de la charge ( la charge est résistante ) A partir de la chaîne énergétique , calculer : -Le moment résistant équivalent de la charge ramené sur l’arbre du moteur. M charge / moteur = Pu / ω moteur ωmoteur = π * 1420 / 30 = 148.7rd/s M charge / moteur = 613 W / 148.7 rd/s M charge / moteur = 4.12 Nm -Le moment d’inertie équivalent de la charge ramené sur l’arbre du moteur. J charge / mot = m ( V/ ω moteur ) ² J charge / mot = 250 ( 0.2 / 148.7 ) ² J charge / mot = 0.000452 kg.m² -Le temps de démarrage du moteur afin d’acquérir sa vitesse maxi J total / mot = J mot + J charge / mot J total / mot = 0.0135 + 0.000452 J total / mot = 0.01395 kg.m² J charge / mot = 3.3 % J mot td = ( J total / mot ) * ωmoteur / ( Md – M charge / mot ) CN = PN / ω moteur = 2200 / 148.7 CN = 14.8 Nm Cm = 1.6 CN = 23.68 Nm CM = 2. 2 CN = 32.56 Nm Cd = 2 CN = 29.6 Nm DR4

M démarrage moyen du moteur = ( Cd + 2Cm + 2CM +CN ) / 6 Leroy-Somer M démarrage moyen du moteur = ( 29.6 + 2*23.68 + 2*32.56 +14.8 ) / 6 Md = 26.15 Nm td = 0.01395*148.7 / ( 26.15 – 4.12 ) td = 0.094 s . Le comparer par rapport au relevé sur le système ( voir 1-2 ) td relevé = 0.1 s le temps de démarrage calculé est correct car on n’a pas tenu compte du temps de desserrage du frein ( 10 ms ) 4-2 Descente de la charge( la charge est entraînante ) A partir de la chaîne énergétique , calculer :

Chaîne énergétique P charge/mot = 392.4W Pcharge = mgV




18.12 tr/mn

Charge 250 kg

V = 0.2 m/s

Moteur 4A100LA4

2.2kW 1420 tr/mn

-Le moment moteur équivalent de la charge ramené sur l’arbre du moteur. La puissance de cette charge entraînante disponible sur l’arbre du moteur est : P charge / mot = mgVη = 250*9.81*0.2*0.8 P charge / mot = 392.4 W M charge /moteur = ( P charge / mot ) / ω mot M charge /moteur = 392.6 / 148.7 M charge /moteur = 2.67 Nm -Le temps de démarrage du moteur afin d’acquérir sa vitesse maxi . td = ( J total * ω mot ) / ( Md + M charge / mot ) td = ( 0.01395 * 148.7 ) / ( 26.15 + 2.67 ) td = 0.072 s td relevé = 0.080 s 5- Etude dynamique en phase de freinage direct ( frein à disque : Mf = 20.7 N.m ) 5-1 Montée de la charge ( la charge est résistante ) Calculer : -Le moment résistant équivalent de la charge ramené sur l’arbre du moteur. P charge / mot = mgVη = 250*9.81*0.2*0.8 P charge / mot = 392.4 W M charge /moteur = ( P charge / mot ) / ω mot M charge /moteur = 392.6 / 148.7 M charge /moteur = 2.67 Nm DR5

Chaîne énergétique P charge/mot =613W Pcharge = mgV

J équivalent charge / moteur -Le temps de freinage du moteur . tf = ( J total * ω mot ) / ( Mf + M charge / mot ) tf = ( 0.01395*148.7 ) / ( 20.7 + 2.67 ) tf = 0.088 s td relevé = 0.080 s 5-2 Descente de la charge ( la charge est entraînante )

Chaîne énergétique P charge/mot = 392.4W Pcharge = mgV


Moteur 4A100LA4

2.2kW 1420 tr/mn



18.12 tr/mn

Charge 250 kg

V = 0.2 m/s



18.12 tr/mn

Charge 250 kg

V = 0.2 m/s

Moteur 4A100LA4

2.2kW 1420 tr/mn

Calculer : -Le moment moteur équivalent de la charge ramené sur l’arbre du moteur. La puissance équivalente de cette charge entraînante disponible sur l’arbre du moteur est : P charge / mot = mgVη = 250*9.81*0.2*0.8 P charge / mot = 392.4 W M charge / moteur = ( P charge / mot ) / ω mot M charge / moteur = 392.6 / 148.7 M charge / moteur = 2.67 Nm -Le temps de freinage du moteur tf = ( J total * ω mot ) / ( Mf - M charge / mot ) tf = ( 0.01395*148.7 ) / ( 20.7 – 2.67 ) tf = 0.115 s td relevé = 0.120 s NB : la tension T est maxi au démarrage en montée T = m (2 + 9.81 ) = 2952N

DR6

6- Étude graphique ( Sur A3 )

But : Réalisation de deux TP en (essais et mesures )

- Détermination expérimentale du moment d’inertie du rotor du moteur 4A100LA4K

- Détermination précise du rendement électromécanique de ce moteur au 1/3 de sa charge nominale ( condition de fonctionnement en phase permanente avec 250 kg ) afin de déterminer avec précision le rendement mécanique global du BSL1200 par un autre essai sur le site.

Réaliser la mise en position et le maintient en position du moteur 4A100LA4K sur le banc d’essai avec frein à poudre, capteur de couple et volant d’inertie ( LEROY- SOMER ) en concevant une bride support à partir d’un profilé acier en L normalisé. Les éléments de maintient en position se feront par boulons normalisés ( voir doc. 11-19 pour le moteur , pour le banc : M10 )

DR7

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