Page 1/14 SESSION DE 2007 Concours externe de recrutement de professeurs agrégé

Page 1/14 SESSION DE 2007 Concours externe de recrutement de professeurs agrégés Sections : Génie mécanique Mécanique Analyse et conception de systèmes Durée : 8 heures Aucun document n’est autorisé. Moyens de calculs autorisés : calculatrice de poche, y compris calculatrice programmable, alphanumérique ou à écran graphique, à fonctionnement autonome, non imprimante, autorisée conformément à la circulaire n° 99-186 du 16 novembre 1999. La calculatrice ne devra pas posséder de données scientifiques et techniques propres au génie mécanique. Dès la distribution du sujet, le candidat s’assurera que l’exemplaire du dossier remis est complet. Les documents réponses seront insérés à plat dans les copies, l’entête détachable placé en haut. Détection d’une erreur éventuelle par le candidat : Dans le cas où un candidat repère ce qui lui semble être une erreur d’énoncé, il le signale très lisiblement sur sa copie, propose sa correction, et poursuit l’épreuve en conséquence. Nota Bene : Hormis l’en-tête détachable, la copie que vous rendrez ne devra comporter aucun signe distinctif tel que nom, signature, origine, conformément au principe d’anonymat. Si le travail qui vous est demandé implique notamment la rédaction d’un projet ou d’une note, vous devez impérativement vous abstenir de la signer ou de l’identifier. Tournez la page S.V.P. Page 2/14 Le sujet comporte : - une présentation de l’étude (pages 1 et 2) - le texte de l’étude (pages numérotées de 3 à 14) - le dossier technique, constitué des documents repérés document 1 à 12. - le dossier réponse contenant trois documents. Tournez la page S.V.P. Page 3/14 ENROULEUSE DE CABLE La société SETIC est spécialisée dans la conception et la réalisation de machines destinées à la fabrication de câbles hautes performances utilisés dans le domaine des réseaux de transmission (télécommunication et informatique). La forte demande sur le marché mondial et une concurrence sévère conduisent au développement de machines de câblerie toujours plus rapides, mais qui doivent rester capables de maîtriser les paramètres fonctionnels du câble. Le processus de réalisation des câbles se décompose en trois grandes phases : 9 La fabrication des fils : opérations de tréfilage et calibrage du fil de cuivre, dépôt par extrusion de diverses couches isolantes, marquage et conditionnement sur bobines (Figure 1). 9 La réalisation des éléments fonctionnels internes des câbles : opérations de pairage (assemblage des fils en hélice, par paire), d’assemblage (assemblage en hélice des paires), et de conditionnement sur bobines (Figure 2). 9 La réalisation des éléments fonctionnels externes : opérations de blindage, revêtement(s) externe(s), marquage,…, conditionnement sur bobines. Zone d’étude Figure 1 : Ligne de production du fil Figure 2 : Ligne de production du câble L’étude proposée concerne l’enrouleuse EDA 630 située en fin de ligne de fabrication du fil, destinée à le stocker sur des bobines. Page 4/14 RECOMMANDATIONS L’étude est composée de 4 parties indépendantes. Il est proposé au candidat de répartir son temps de travail sur les différentes parties de l’étude de la façon suivante : 9 Lecture du sujet 1 heure 9 Première partie : Enroulement du fil 3 heures1/2 9 Deuxième partie : Mécanisme de trancannage 1 heure 9 Troisième partie : Système de régulation de tension du fil 1 heure 9 Quatrième partie : Chargement - déchargement de la bobine 1 heure 1/2 Le candidat devra rendre : ƒ 4 copies séparées correspondant aux 4 parties du sujet ; ƒ les documents réponses, qui seront insérés dans la copie afférente à la partie traitée. Page 5/14 PRINCIPALES CARACTERISTIQUES DE L’ENROULEUSE (figures 3 et 4) Les informations ci-dessous sont extraites in extenso de la documentation du constructeur. Figure 3 9 Utilisation : dans les lignes d’extrusion à grande vitesse de fils isolés pour câbles LAN ou téléphoniques (lignes tandem), ainsi que dans toutes les applications d’isolation de conducteurs de petites sections. Elle permet d’assurer la continuité de production en assurant le basculement automatique du bobinage entre deux supports (bobines). 9 Avantages : ƒ Machine compacte : − armoire électrique intégrée − cabine de protection insonorisée monobloc ƒ Système de chargement – déchargement : − du même coté, d’où gain de place − coté au choix pour faciliter l’insertion dans une ligne existante ƒ Enrouleur de grande flexibilité : − prise de bobines diamètre extérieur de 400 à 630 mm − possibilité d’évolution vers d’autres tailles de bobines ƒ Enfilage aisé : − pantin situé devant l’opérateur ƒ Maintenance réduite : − moteurs à courant alternatif − commande par variateur de fréquence à contrôle vectoriel de flux − en option : moteur à courant continu ƒ Protection du fil enroulé : − bobines équipées de capots de protection anti- fouettement Page 6/14 9 Caractéristiques techniques : ƒ diamètre conducteur : de 0,4 à 1,5 mm ƒ diamètre de fil isolé : de 0,5 à 3 mm ƒ diamètre extérieur de bobine : de 400 à 630 mm ƒ diamètre intérieur de bobine : 200 mm mini ƒ largeur hors tout maxi de bobine : 475 mm ƒ alésage de bobine : 56 mm ƒ masse maxi de bobine : 200 kg ƒ vitesse linéaire maxi du fil : 2400 m/min ƒ fréquence de rotation maxi : 3200 tr/min ƒ vitesse de transfert mini : 600 m/min ƒ pas de trancannage : de 1 à 6 mm, réglable en continu ƒ butées de trancannage réglables électroniquement pendant la marche ƒ pantin de régulation : − diamètre des poulies : 200 mm − nombres de poulies : 5 + 4 − gamme de tension : de 5 à 50 N − effort réglable par vérin pneumatique ƒ compteur métreur numérique : − résolution : 10 m − précision : 0,3% 9 Caractéristiques du mécanisme interne : ƒ Encombrement HxLxP : 1960 mm x 1780 mm x 1391 mm ƒ masse : 1984 kg Figure 4 : Structure interne partielle de la machine Page 7/14 1 ENROULEMENT DU FIL Le fil est constitué d’un conducteur en cuivre enrobé dans un isolant. Il est de section circulaire. Son diamètre est fonction de l’utilisation finale et peut varier entre 0,5 et 3 mm. Il est stocké par enroulement sur des bobines dont la contenance peut atteindre une longueur maxi L0 = 300 x103 m. 1.1 STRUCTURE DE LA MACHINE Les document 1 et document 2 définissent l’architecture d’ensemble de l’enrouleuse et les mécanismes assurant les différentes fonctions. Le document 4 représente le diagramme FAST partiel du système d’enroulement. On peut distinguer essentiellement trois parties : ƒ La broche, ƒ Le mécanisme de trancannage, ƒ Le système de régulation de l’enroulement. Le fil est enroulé sur des bobines de dimensions variables, selon les besoins de l’utilisateur. Les bobines sont constituées (illustration ci-contre) : • d’un fût en acier zingué ; • de deux flasques obtenus par moulage à chaud de résine polyester renforcée de fibres de verre (Pré imprégné) • d’un tube guide axe en PVC ou en acier ; • de tirants en acier zingué. Il existe un grand nombre de types de bobines standard. Le document 3 présente les différents types de bobines utilisées parmi lesquelles les bobines de plus grande et de plus petite capacité prises en compte dans l’étude. 1.2 PHASE D’ENROULEMENT L’enroulement est réalisé sous forme de nappes hélicoïdales à spires jointives, obtenues en combinant deux mouvements : ƒ la rotation de la bobine autour de son axe. Sa mise en position et son maintien sont réalisés par une broche constituée de deux sous ensembles coaxiaux, nommés poupée et contre poupée, par analogie avec les machines-outils. Un moteur électrique assure l’entraînement en rotation au niveau de la poupée, au moyen d’une transmission par poulies et courroie crantée ; ƒ le déplacement axial du fil, réalisé au moyen d’un mécanisme dit de « trancannage ». Il a pour fonction de réaliser un enroulement hélicoïdal régulier du fil sur la bobine, par un déplacement axial du point d’entrée du fil proportionnel à la rotation de la bobine ; Le système de régulation de l’enroulement contrôle en continu la tension du fil (réglable entre 5 et 50 N), ainsi que la fréquence de rotation de la bobine, de façon à s’adapter à la vitesse d’entrée du fil sur l’enrouleuse, imposée par le poste de production qui la précède. Ce mécanisme régulateur nommé « pantin » est constitué d’une réserve de fil passant sur un ensemble de poulies mouflées, dont la mise en tension est assurée par un vérin (pneumatique NORGREN RA/B050/700). La réserve de fil sur le pantin est suffisante pour effectuer le changement de bobine sans interrompre le fonctionnement de la ligne de production. La vitesse de défilement du fil sur la ligne de production est théoriquement constante, réglable dans une plage de 800 à 2400 m/min. 1.3 OBJECTIF On se propose de concevoir le sous-ensemble de la contre-poupée contribuant au maintien de la bobine et à son guidage en rotation par rapport au bâti de la machine. La Figure 5 montre l’aspect de la bobine pendant la phase d’enroulement. On admettra que chaque nappe de fil comporte le même nombre de spires. L’étude qui suit sera réalisée pour un fil uploads/Industriel/ agrmeca-sujet-acs.pdf

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