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MODULE DES SCIENCES APPLIQUÉES Réingénierie d’un bras mécanique pour moulins à

MODULE DES SCIENCES APPLIQUÉES Réingénierie d’un bras mécanique pour moulins à minerais PROJET D’ÉTUDE EN INGÉNIERIE DANS LE CADRE DU PROGRAMME DE BACCALAURÉAT EN GÉNIE ÉLECTROMÉCANIQUE Présenté par : Omar Zeiddar Bencheikh, Zakaria Ben Brahim Superviseur : Marin Ene, Dr.-ing., ing. stag., Professeur, UQAT Représentant industriel : André-Hugues Gingras, ing. , Coordonateur ingénierie, CARDINAL HIVER 2008 ii Projet d’étude en ingénierie : Réingénierie d’un bras mécanique pour moulin à minerais Par : Omar Zeiddar Bencheikh Hiver 2008 : Zakaria Ben Brahim REMERCIEMENTS Nos vives remerciements et notre profonde gratitude iront à : - Le professeur Marin Éne pour son aide, la qualité de sa supervision caractérisée par une disponibilité infaillible, la pertinence de ses conseils et le savoir précieux qu’il a bien voulu nous transmettre. - L’ingénieur Andres Hugues Gingras notre représentant industriel pour son soutient, ses conseils judicieux et la précision des informations qu’il nous fournissait tout long du projet. - Équipement Forestier Cardinal pour nous avoir présenté un projet aussi prometteur. - Les professeurs Walid Ghie, Guyh Dituba Ngoma, Tikiou Belem, pour leurs conseils et suggestions, en particulier en ce qui concerne l’exploitation des logiciels de simulation et la résistance des matériaux. - Tous les membres du département du génie, qui ont participé directement ou indirectement à l’aboutissement de ce projet. iii Projet d’étude en ingénierie : Réingénierie d’un bras mécanique pour moulin à minerais Par : Omar Zeiddar Bencheikh Hiver 2008 : Zakaria Ben Brahim RÉSUMÉ Les compagnies minières utilisant des moulins dotés de barres métalliques pour broyer le minerai, font souvent face à des perturbations de leur processus de production et à des arrêts répétitifs provoqués par l’usure des pièces. Les opérations de maintenance, qui consistent généralement au remplacement des pièces internes du moulin, pesant en moyenne 250 lb chacune, s’avèrent souvent très lentes et également dangereuses pour le personnel. Les coûts engendrés par les immobilisations du dispositif de concassage du minerai pour le remplacement des composants, s’élèvent à $15000 par heure sans oublier que le personnel chargé d’effectuer ces opérations est exposé à des risques d’accident graves. L’entreprise Cardinal, à la demande de l’entreprise exploitant une mine à Mont-Laurier, a conçu un bras manipulateur capable d’extraire les pièces internes de ces broyeurs. Ainsi,des réductions notables des durées d’immobilisations dans de meilleures conditions de sécurité du personnel, ont été rendus possibles. Pour répondre aux exigences sans cesse croissantes du marché et dans un esprit d’amélioration continue de ses services, l’entreprise Cardinal a décidé d’apporter des modifications majeures au modèle de bras mécanique déjà en exploitation. Ces améliorations, objet de ce projet d’ingénierie, visent à étudier de façon plus précise la structure actuelle de sorte à pouvoir l’alléger ainsi qu’une étude sur les normes de santé et sécurité relative au dispositif en question. Le respect des normes de sécurité peut également être un atout important au moment de conclure des ventes et peut également permettre une augmentation du prix de vente. De plus que les normes de sécurités Nord Américaines, le respect des normes européenne permettra une commercialisation en Europe, voir même dans certain pays d’Afrique à grande activité minière. iv Projet d’étude en ingénierie : Réingénierie d’un bras mécanique pour moulin à minerais Par : Omar Zeiddar Bencheikh Hiver 2008 : Zakaria Ben Brahim ABSTRACT The mining companies using mills equipped with metal rodes that crush the ore often face disturbances of their process of production and repetitive stops due to the wearing out of the pieces. The operations of maintenance, which consist generally in the replacement of the liners, weighing on average 250 lb each, require the use of specific tools and can be realized only by a specialized staff. The costs engendered by the immobilized ore crushing mechanism to replace its components, reach $15000 per hour. Furthermore, the staff in charge of doing these operations is exposed to serious accidents. The Cardinal Company, at the request of the company exploiting a mine in Mont- Laurier, has designed a mechanical arm able to extract the internal components of these crushers. This has allowed a considerable reduction in the stopping time of the machines as well as an improvement of the staff’s safety. To answer the increasing requirements of the market and in a spirit of continuous improvement of its services, the Cardinal Company has decided to bring major modifications to the model of mechanical arm already in exploitation. These improvements, subject of this project of engineering, aim to increase the reliability and the speed of run of the arm, the lightness of its components and its ability to lift weight. v Projet d’étude en ingénierie : Réingénierie d’un bras mécanique pour moulin à minerais Par : Omar Zeiddar Bencheikh Hiver 2008 : Zakaria Ben Brahim Table des matières REMERCIEMENTS............................................................................................................................................ ii RÉSUMÉ ......................................................................................................................................................... iii ABSTRACT ...................................................................................................................................................... iv CHAPITRE 1. FORMULATION DU PRORBLÈME ET MANDAT ........................................................................... 1 1.1 Description de l’entreprise ............................................................................................................. 2 1.2 Description du procédé d’entretien ............................................................................................... 5 1.3 Mandat ................................................................................................................................................. 6 CHAPITRE 2. SANTÉ ET SECURITÉ AU TRAVAIL ............................................................................................... 7 2.1 Protection des travailleurs ................................................................................................................... 9 2 .2 Durée de vie et sécurité..................................................................................................................... 10 2.3 Disposition relatives à la construction et l’équipement des appareils de levage .............................. 10 2.4 Installations électriques, hydrauliques, pneumatiques et mécaniques ............................................ 11 2.5 Exploitation et maintenance .............................................................................................................. 12 2.6 Conditions d’exploitation particulières .............................................................................................. 13 2.7 Accidents ............................................................................................................................................ 13 2.8 Documentation- notice d’instruction-marquage ............................................................................... 14 2.9 Contrôles avant la mise en service ..................................................................................................... 14 CHAPITRE 3. MODÉLISATION DES CHARGEMENTS ET CALCUL DES RÉACTIONS .......................................... 16 3.1 Présentation du bras .......................................................................................................................... 17 3.2 Analyse structomatique et description des mécanismes ................................................................... 19 3.3 Informations sur les vérins ................................................................................................................. 25 3.4 Calcul des forces externes .................................................................................................................. 26 CHAPITRE 4. ANALYSE DES CONTRAINTES ................................................................................................... 37 4.1 Problème de compatibilité ................................................................................................................. 38 4.2 Décomposition en élément finis ........................................................................................................ 40 CHAPITRE 5. REMPLACEMENT DU VÉRIN ROTATIF ...................................................................................... 48 5.1 Dispositif actuel .................................................................................................................................. 49 5.2 Dispositif proposé ............................................................................................................................... 50 vi Projet d’étude en ingénierie : Réingénierie d’un bras mécanique pour moulin à minerais Par : Omar Zeiddar Bencheikh Hiver 2008 : Zakaria Ben Brahim CHAPITRE 6 : RECOMMANDATIONS ............................................................................................................. 52 CONCLUSION ................................................................................................................................................ 55 BIBLIOGRAPHIE ............................................................................................................................................. 56 vii Projet d’étude en ingénierie : Réingénierie d’un bras mécanique pour moulin à minerais Par : Omar Zeiddar Bencheikh Hiver 2008 : Zakaria Ben Brahim LISTE DES TABLEAUX Tableau 3. 1 Tableau des éléments et des liaisons _____________________________________________________ 21 Tableau 3. 2Tableau des éléments et des liaisons mécanisme (XY) ________________________________________ 23 Tableau 3. 3 Caractéristiques des vérins ____________________________________________________________ 26 Tableau 3. 4 Coordonnées des positions, vitesses et accélérations ________________________________________ 29 Tableau 3. 5 Réactions obtenus pour une charge de 500 lb ______________________________________________ 30 viii Projet d’étude en ingénierie : Réingénierie d’un bras mécanique pour moulin à minerais Par : Omar Zeiddar Bencheikh Hiver 2008 : Zakaria Ben Brahim LISTE DES FIGURES Figure 1. 1 Chariot linéaire électrique _______________________________________________________________ 3 Figure 1. 2 Convoyeur à chaine _____________________________________________________________________ 4 Figure 3. 1 Bras à l'entrée du moulin _______________________________________________________________ 17 Figure 3. 2 Mât principal ________________________________________________________________________ 18 Figure 3. 3 Mât secondaire _______________________________________________________________________ 19 Figure 3. 4 Schéma du mécanisme complet __________________________________________________________ 20 Figure 3. 5 Mécanisme du plan (YZ) ________________________________________________________________ 21 Figure 3. 6 Schéma multipolaire pour le mécanisme du plan (YZ) ________________________________________ 22 Figure 3. 7 Mécanisme du plan (XY) _______________________________________________________________ 23 Figure 3. 8 Schéma multipolaire mécanisme (XY) _____________________________________________________ 23 Figure 3. 9 Vérin rotatif HTR 15-1803-AA12C _______________________________________________________ 25 Figure 3. 10 Liaisons étudiées _____________________________________________________________________ 27 Figure 3. 11 Évolution de la vitesse sans et avec amortissement __________________________________________ 28 Figure 3. 12 Évolution de la vitesse de l’extrémité lors de l’accélération du vérin ___________________________ 31 Figure 3. 13 Évolution de l’accélération de l’extrémité lors de l’accélération du vérin _______________________ 31 Figure 3. 14 Évolution de la vitesse de l’extrémité lors de la décélération du vérin __________________________ 32 Figure 3. 15 Évolution de l’accélération de l’extrémité lors de la décélération du vérin _______________________ 32 Figure 3. 16 Vitesses et accélérations de l’extrémité lors de l’accélération du vérin __________________________ 33 Figure 3. 17 Vitesses et accélérations de l’extrémité lors de la décélération du vérin _________________________ 33 Figure 3. 18 Évolution des réactions au point A lors de l’accélération du vérin _____________________________ 34 Figure 3. 19 Évolution des réactions aux points C et D lors de l’accélération du vérin _______________________ 34 Figure 3. 20 Évolution des réactions au point A lors de la décélération du vérin ____________________________ 35 Figure 3. 21 Évolutions des réactions aux points C et D lors de la décélération du vérin ______________________ 35 Figure 3. 22 Évolution des réactions lors de la vitesse constante du vérin __________________________________ 36 Figure 4. 1 Pièce maîtresse _______________________________________________________________________ 40 Figure 4. 2 Emplacement de la pièce maîtresse dans le mat secondaire ____________________________________ 40 Figure 4. 3 Décomposition en éléments finis de la pièce maîtresse ________________________________________ 41 Figure 4. 4 Forces appliquées sur la pièce maîtresse __________________________________________________ 41 Figure 4. 5 Contraintes appliquées sur la pièce maîtresse ______________________________________________ 42 Figure 4. 6 Décomposition en éléments finis du mat secondaire __________________________________________ 43 Figure 4. 7 Forces appliquées sur le mat secondaire ___________________________________________________ 43 Figure 4. 8 uploads/Industriel/ conception-mecanique.pdf