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MODULE DES SCIENCES APPLIQUÉES Étude de conception des modifications du véhicul

MODULE DES SCIENCES APPLIQUÉES Étude de conception des modifications du véhicule TOYOTA LAND CRUISER PROJET APPLIQUÉ DE FIN D’ÉTUDES EN INGÉNIERIE DANS LE CADRE DU PROGRAMME DE BACCALAURÉAT EN GÉNIE ÉLECTROMÉCANIQUE Présenté par : Kroumil Zineb, 4ème année étudiante en génie électromécanique. El Ouafi Abderrahim, 4ème année étudiant en génie électromécanique. Superviseur: Walid Ghié, professeur, P.h. D., ing. Jr., Professeur, UQAT. Représentant industriel : Robert Lefloïc, Directeur département de soudure, Accès Industriel. 2 Avril 2009 PFE – Conception des modifications du véhicule de mine «Toyota Land Cruiser» KROUMIL Zineb EL OUAFI Abderrahim Hiver 2009 ii REMERCIEMENTS Nous tenons à offrir nos sincères remerciements, à : • Superviseur, Walid Ghié professeur de module de sciences appliquées pour son soutien constant, ses précieux conseils et sa disponibilité tout au long de ce projet. • Robert Lefloïc notre représentant industriel pour avoir suivi de prêt notre travail pendant notre présence à l’entreprise Accès Industriel. • Fouad Erchiqui, Tikou Belem & Yves Ruel, Professeurs à l’UQAT pour leurs conseils et suggestions. • Patrick Martel, Ingénieur du GÉNIVAR. • Membres du Jury qui nous font l’honneur de participer à la présentation. • Tous les membres du département des sciences appliquées (programme de génie) qui, de prés ou de loin, ont participé directement ou indirectement à la réalisation de ce projet. Enfin, nous adressons notre dernier remerciement, mais non le moindre, à nos familles (famille Kroumil et famille El Ouafi) pour leurs soutien morale. PFE – Conception des modifications du véhicule de mine «Toyota Land Cruiser» KROUMIL Zineb EL OUAFI Abderrahim Hiver 2009 iii RÉSUMÉ Accès Industriel est spécialisé dans la vente, l’adaptation et la location des véhicules Toyota Land cruiser, transformés et modifiés selon les exigences et les applications de chaque utilisateur. Lors de la circulation de ce véhicule dans les galeries des mines, il a été remarqué que malgré sa petite taille, il ne peut pas virer dans un court rayon, et sa suspension ne peut pas accepter le terrain accidenté. Pour cela, l’entreprise a décidé d’articuler le châssis afin de faciliter sa circulation, et de l’équiper par un nouveau modèle de plates-formes élévatrices à ciseaux. Cet engin sera son propre produit afin de diminuer leurs coûts de fabrication ainsi que les délais de livraison. Le travail présenté dans ce projet de fin d’études en génie électromécanique a pris forme afin de résoudre ces problématiques. Quatre solutions ont été proposées en ce référant à des modèles des véhicules articulés et des plates-formes élévatrices existants. Deux solutions concernant l’articulation et les deux autres solutions concernant la plate-forme à ciseaux. Deux solutions parmi les quatre ont été choisies par le représentant industriel suite à leurs avantages au niveau du coût et de sa facilité de mise en œuvre. Ces solutions consistent à concevoir: • Une articulation avec arbre de transmission articulé et guidé; • Une plate-forme avec des roues en acier. Une étude approfondie sur ces deux solutions a été réalisée, qui consiste d’abord à évaluer leur résistance structurale afin de les optimiser par la suite, puis développer leur circuit hydraulique de fonctionnement, et à la fin, analyser leur coût de fabrication et d’implantation. PFE – Conception des modifications du véhicule de mine «Toyota Land Cruiser» KROUMIL Zineb EL OUAFI Abderrahim Hiver 2009 iv ABSTRACT Accès Industriel is specialized in the sale, the adaptation and the hiring of the vehicles Toyota Land cruiser, Transformed and modified according to the requirements and applications of each user. During the circulation of this vehicle in the galleries of the mines, it was noticed that in spite of its small size, it cannot transfer in a short ray, and its suspension cannot accept the rough ground. For that, the company decided to articulate the frame in order to facilitate its circulation, and to equip it by a new model with lift scissor platforms. This machine will be the new product of the company in order to reduce their manufacturing costs as well as the delivery periods. The work presented in this final project in electromechanical engineering took form to solve these problems. Four solutions were proposed in this referring to models of the articulated vehicles and lifting platforms existing. Two solutions concerning the articulation and the two other solutions concerning the platform with scissors. Two solutions among the four were chosen by the industrial representative following their advantages on the level of the cost and its simplicity of implementation. These solutions consist in conceiving: • An articulation with driveshaft articulated and guided; • A platform with steel wheels. An in-depth study on these two solutions was carried out, which initially consists in evaluating their structural strength in order to optimize them thereafter, then to develop their hydraulic system of operation, and at the end, to analyze their manufacturing costs and implementation. PFE – Conception des modifications du véhicule de mine «Toyota Land Cruiser» KROUMIL Zineb EL OUAFI Abderrahim Hiver 2009 v Table des matières CHAPITRE I : INTRODUCTION ........................................................................................................... 10 1.1 Aperçu de l’entreprise ............................................................................................................... 11 1.2 Problématiques : ....................................................................................................................... 13 1.3 Situation désirée : ..................................................................................................................... 15 1.4 Mandat : .................................................................................................................................... 16 CHAPITRE 2 : RECHERCHE DES SOLUTIONS ................................................................................. 17 2.1 Articulation ............................................................................................................................... 18 2.1.1. Situation actuelle du véhicule Toyota Land Cruiser ......................................................... 18 2.1.2. Critères techniques pour la conception de l’articulation : ................................................. 18 2.1.3. Solutions proposées : ........................................................................................................ 19 2.2 Plate-forme élévatrice à ciseaux: ............................................................................................. 21 2.2.1. Généralités : ...................................................................................................................... 21 2.2.2. Norme nationale canadienne pour la conception de la plateforme à ciseaux : .................. 22 2.2.3. Caractéristiques techniques fournis par le client : ............................................................. 24 2.2.4. Solutions proposées : ........................................................................................................ 24 2.3 Comparaison des solutions : ..................................................................................................... 26 CHAPITRE 3 : DÉVELOPPEMENT DE LA SOLUTION FINALE ..................................................... 29 3.1. Développement et dimensionnement de la plate-forme à ciseaux ........................................... 30 3.1.1 Étude structurale : ............................................................................................................. 37 3.1.2 Circuit hydraulique de la plateforme élévatrice à ciseaux: ............................................... 42 3.2. Dimensionnement et Développement du véhicule articulé portant une plate-forme à ciseaux: 50 3.2.1. Étude structurale de l’articulation : ................................................................................... 51 3.2.2. Étude structurale du pivot : ............................................................................................... 55 3.2.3. Circuits hydrauliques – stabilisateurs et pivot - ................................................................ 56 CHAPITRE 5 : SANTÉ ET SÉCURITÉ – ÉTUDE DES COÛTS DE LA SOLUTION FINALE ......... 58 CONCLUSION ........................................................................................................................................ 65 RECOMMANDATIONS : ....................................................................................................................... 66 PFE – Conception des modifications du véhicule de mine «Toyota Land Cruiser» KROUMIL Zineb EL OUAFI Abderrahim Hiver 2009 vi RÉFÉRENCES ET BIBLIOGRAPHIES ................................................................................................. 67 Annexe A : Programme Matlab pour le calcul statique ........................................................................... 68 Annexe B : Résultats de simulation de la plate-forme élévatrice à ciseaux sur Ansys ............................ 70 Annexe C : Résultats de la simulation de l’articulation sur Ansys .......................................................... 84 Annexe D : Programme Matlab pour le calcul des paramètres du circuit hydraulique ............................ 88 Annexe E :JLG scissor ............................................................................................................................. 90 Annexe F:Pompe hydraulique choisie – CHV HYDRAULIQUE. .......................................................... 92 Annexe H : Soumissions fournis par GÉLIKO. ....................................................................................... 94 Annexe I : Dessin détaillé de l’articulation. ............................................................................................. 97 Annexe H : Dessin détaillé de la plate-forme à ciseaux. .......................................................................... 98 PFE – Conception des modifications du véhicule de mine «Toyota Land Cruiser» KROUMIL Zineb EL OUAFI Abderrahim Hiver 2009 vii Liste des figures Figure 1- 1 : Entreprise Accès Industriel. ................................................................................................ 11 Figure 1-2: Véhicules équipés pour les besoins miniers. ......................................................................... 12 Figure 1- 3 : Véhicule Toyota dans la mine Doyon subi un virage. ......................................................... 13 Figure 1- 4 : Plate-forme à ciseaux. ......................................................................................................... 14 Figure 1- 5 : Camion avec une plateforme à ciseaux dans une mine. ...................................................... 14 Figure 1- 6 : Situation désirée du véhicule Toyota Land Cruiser. ........................................................... 15 Figure 2- 1 : Véhicule Toyota Land Cruiser avant modification. ............................................................ 18 Figure 2- 2 : Dessin montrant la situation actuelle de Toyota. ................................................................. 19 Figure 2- 3 : Articulation avec arbre de transmission articulé et guidé. ................................................... 20 Figure 2- 4 : Articulation avec arbre de transmission articulé et libre. .................................................... 21 Figure 2- 5 : Plate-forme à ciseaux. ......................................................................................................... 22 Figure 2-6 : Plateforme à ciseaux avec des appuis glissants. ................................................................... 25 Figure 2-7 : Plateforme à ciseaux avec des roues en acier. ...................................................................... 26 Figure 2-8 : Solutions retenues. ............................................................................................................... 28 Figure 3- 1 : Plate-forme à ciseaux avec des roues en acier modélisée. .................................................. 31 Figure 3- 2 : Vu de face de l'élévateur à ciseaux. ..................................................................................... 32 Figure 3- 3 : Sections simulées. ............................................................................................................... 37 Figure 3- 4: Simulation de la section haut de la plate-forme. .................................................................. 40 Figure 3- 5 : Application de forces extérieures de 300 lbf dans plusieurs endroits. ................................ 41 Figure 3- 6 : Simulation des traverses supérieures ou intermédiaires de la plate-forme. ......................... 42 Figure 3- 7 : Circuit hydraulique en position neutre du système de levage de la plate-forme à ciseaux. 43 Figure 3- 8: Véhicule articulé portant la plate-forme élévatrice équipée par des dispositifs de sécurité. 51 Figure 3- 9 : Chargements et forces appliquées sur le véhicule articulé. ................................................. 52 Figure 3- 10: Représentation des forces sur le châssis. ............................................................................ 53 Figure 3- 11 : Illustration des forces appliquées dans le logiciel Solid Works. ....................................... 53 Figure uploads/Industriel/ 29-pdf.pdf