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BREVET DE TECHNICIEN SUPÉRIEUR ÉLECTROTECHNIQUE SESSION 2010 ÉPREUVE E4.2 Étude

BREVET DE TECHNICIEN SUPÉRIEUR ÉLECTROTECHNIQUE SESSION 2010 ÉPREUVE E4.2 Étude d’un système technique industriel Conception et industrialisation Durée : 4 Heures ~ Coefficient : 3 Calculatrice à fonctionnement autonome autorisée conformément à la circulaire n°99-186 du 16/11/99. L’usage de tout autre matériel ou documents est interdit. Ce sujet comporte 4 dossiers : - Le dossier technique - Le dossier questionnement - Le dossier ressources - Le dossier réponses Recommandations aux candidats : Il sera tenu compte de la qualité de la rédaction, en particulier pour les réponses aux questions ne nécessitant pas de calcul. Le correcteur attend des phrases complètes respectant la syntaxe de la langue française. Utiliser les notations indiquées dans le texte, justifier toutes les réponses, présenter clairement les calculs et les résultats. Le dossier réponses est à rendre dans son intégralité, agrafé au bas d’une copie. sitelec.org sitelec.org sitelec.org BREVET DE TECHNICIEN SUPÉRIEUR ÉLECTROTECHNIQUE SESSION 2010 ÉPREUVE E4.2 Étude d’un système technique industriel Conception et industrialisation Durée : 4 heures ~ Coefficient : 3 ALÉSEUSE 2 TÊTES DOSSIER TECHNIQUE Présentation générale Page • Contexte industriel .............................................................................................. 2 • Processus de fabrication..................................................................................... 3 • Enjeux et problématiques ................................................................................... 5 Partie A : Amélioration de la productivité • Schéma de l’installation hydraulique actuelle ..................................................... 7 Partie B : Mise en sécurité de la machine • Évaluation des risques ........................................................................................ 8 • Surveillance de la zone dangereuse ................................................................... 9 • Définition de la zone de sécurité ........................................................................ 11 • Schémas électriques de l’armoire de l’aléseuse ................................................ 12 • Diagrammes fonctionnels de la chaîne de sécurité ........................................... 15 sitelec.org sitelec.org sitelec.org Dossier Technique 10 - EQCIN Page 2 / 15 PRÉSENTATION GÉNÉRALE CONTEXTE INDUSTRIEL ENTREPRISE JBM INDUSTRIE JBM INDUSTRIE est une entreprise de sous-traitance en mécano-soudure, peinture et montage pour des clients du secteur agricole (KUHN…) et de travaux publics (MANITOU…). Située à COËX en Vendée, JBM INDUSTRIE a été créée en 1995 et compte à ce jour 70 salariés avec un chiffre d’affaires d’environ 8,2 M€ en 2007. Son site s’étend sur une surface de 17 000 m² dont 5 500 m² couverts. Quelques produits fabriqués : L’amélioration de l’outil de production (soudure robotisée) et l’organisation du temps de travail des équipes en 3×8h permettent à l’entreprise d’accroître constamment sa production. FABRICATION DU CHÂSSIS MANITOU POUR ENGINS DE MANUTENTION L’entreprise produit quotidiennement 4 à 6 châssis pour le client MANITOU. Ces châssis constituent l’ossature des engins de manutention sur lesquels seront montées ultérieurement la cabine, les roues et la fourche télescopique. Dans le processus de fabrication de ces châssis, une étape importante consiste à aléser les deux moyeux qui supporteront l’articulation de la fourche télescopique. Ces deux moyeux doivent respecter rigoureusement les spécifications du client dont l’alignement et l’état de surface. Déchaumeuse KUHN Châssis MANITOU sitelec.org sitelec.org sitelec.org Dossier Technique 10 - EQCIN Page 3 / 15 PROCESSUS DE FABRICATION DES CHÂSSIS En journée, les différentes parties des châssis sont montées puis soudées à l’aide d’un robot de soudure automatisé (photo ci-contre). Lorsque l’ossature est terminée, les châssis sont entreposés à proximité de l’aléseuse dans l’attente de l’opération d’alésage qui a lieu exclusivement la nuit. Le lendemain, les châssis sont mis en peinture puis envoyés à l’expédition. ALÉSEUSE 2 TÊTES L’usinage des moyeux est réalisé par un système constitué de 2 têtes d’alésage alignées face à face. L’entraînement en rotation des broches est assuré par des moteurs asynchrones triphasés de 5,5 kW et les mouvements d’avance et de recul par des vérins hydrauliques. Dans la configuration actuelle, les deux moteurs de broche sont alimentés par un seul variateur de vitesse. La commande séparée des deux broches est assurée par un jeu de contacteurs placés en aval du variateur. Chaque moteur dispose d’une protection thermique. Un groupe hydraulique, composé d’un moteur asynchrone triphasé de 1,1 kW accouplé à deux corps de pompe à cylindrée fixe, permet de commander les vérins de translation des broches. Le sens et la vitesse de déplacement des broches sont gérés respectivement par un distributeur hydraulique et un régulateur de débit. sitelec.org sitelec.org sitelec.org Dossier Technique 10 - EQCIN Page 4 / 15 PLAN D’UN MOYEU À USINÉ État de surface final : Rtmax = 8 μm La matière usinée est de l’acier allié au manganèse 19MnVS6 composé de carbone (0,19%), de manganèse (1,4%), de silicium (0,47%), de vanadium (0,14%) et d’autres alliages en teneur décroissante (Nickel, Molybdène,…). DESCRIPTION DE L’OPÉRATION D’ALÉSAGE Tour à tour, l’opérateur positionne, à l’aide d’un pont roulant, les châssis sur le poste d’alésage. Ensuite, il lance le cycle d’usinage qui réalise simultanément l’alésage des deux trous dans l’ordre suivant : c Approche : La distance d’approche est de 120 mm et la vitesse de translation des broches est la même durant les trois phases. d Ébauche : L’opération d’ébauche est réalisée avec deux plaquettes légèrement décalées et réglées à des diamètres différents, ce qui améliore le contrôle des copeaux dans les matières exigeantes. e Finition : L’opération de finition est réalisée par un alésage à une seule plaquette. À la fin du cycle, l’opérateur contrôle l’alignement et l’état de surface puis évacue le châssis pour laisser la place au suivant. sitelec.org sitelec.org sitelec.org Dossier Technique 10 - EQCIN Page 5 / 15 ENJEUX & PROBLÉMATIQUES ENJEUX Assurer la sécurité du personnel opérant sur la machine conformément aux normes en vigueur. Améliorer la productivité par diminution du temps de cycle. PROBLÉMATIQUES Problématique liée à la sécurité de la machine : Actuellement, les opérations de surveillance du processus et de débourrage conduisent l’opérateur à s’approcher à proximité de mouvements réputés dangereux comme la rotation des broches. L’entreprise désire conserver l’ergonomie du poste de travail afin de faciliter la manutention des châssis. La mise en place de barrières matérielles pour empêcher l’accès à la zone dangereuse lors des mouvements dangereux est donc proscrite. Lors d’un arrêt d’urgence, le moteur, dépourvu de frein électromécanique, s’arrête en roue libre en une dizaine de secondes. La mise en sécurité de la machine s’accompagne de la réfection complète de la partie commande. Les constituants mis en œuvre doivent répondre à : ‐ La classification de la catégorie du circuit de commande selon la norme EN 954-1 ; ‐ La classification de la catégorie d’arrêt de la machine selon la norme CEI/EN 60204-1. Problématique liée à la productivité : Dans l’état actuel, l’aléseuse ne dispose que d’une seule vitesse de translation des broches (vitesse lente) quelle que soit la phase du cycle d’usinage : approchec, ébauched, finitione et reculf. Ébauche Approche 100 mm 120 mm Zone d’usinage du moyeu Fin de course arrière Broche en position initiale Finition 100 mm c d e f Fin de course avant Parcours de la broche lors d’un cycle d’usinage sitelec.org sitelec.org sitelec.org Dossier Technique 10 - EQCIN Page 6 / 15 La productivité pourrait être améliorée par l’obtention d’une seconde vitesse de translation des broches (vitesse rapide) lors des phases d’approchec et de reculf, ce qui implique une modification du circuit hydraulique. D’autre part, une étude préliminaire a permis d’établir que les conditions d’usinage n’étaient pas satisfaisantes et devaient être redéfinies. En effet, l’optimisation des conditions d’usinage devrait permettre d’augmenter la vitesse de déplacement des broches (vitesse lente) en phases d’ébauched et de finitione et ainsi contribuer à l’amélioration de la productivité. La redéfinition des conditions d’usinage nécessite : ‐ Le changement de la nuance et du type des plaquettes d’usinage ; ‐ L’obtention de fréquences de rotation des broches différentes selon les phases d’ébauche et de finition ; ‐ L’utilisation des moteurs de broche au-delà de leurs performances nominales. Pour exploiter les moteurs au maximum de leurs performances et s’affranchir des problèmes de synchronisation entre les 2 broches, la solution retenue consiste à contrôler individuellement les moteurs de broche par la mise en œuvre de 2 variateurs de vitesse. Cependant, dans la solution retenue, les harmoniques de courant produits par les variateurs risquent d’engendrer un dépassement du courant de ligne au-delà du courant admissible dans le câble d’alimentation. Auquel cas, il convient de redimensionner la ligne d’alimentation de l’armoire et de sa protection ou bien de mettre en place un moyen pour réduire les harmoniques de courant. sitelec.org sitelec.org sitelec.org Dossier Technique 10 - EQCIN Page 7 / 15 PARTIE A : AMÉLIORATION DE LA PRODUCTIVITÉ A1. SCHÉMA DE L’INSTALLATION HYDRAULIQUE ACTUELLE M Clapet anti‐retour taré à 15 bars 1YV12 1YV14 1C 2YV12 2C 2YV14 Vérin broche gauche Vérin broche droite Q = 6 l/min Q = 6 l/min Limiteur de pression réglé à 40 bars Régulateur de débit 3 voies avec retour à la cuve réglé à 0,12 l/min (pertes de charge = 8 bars) 1D 2D Cuve sitelec.org sitelec.org sitelec.org Dossier Technique 10 - EQCIN Page 8 / 15 PARTIE B : MISE EN SÉCURITÉ DE LA MACHINE B1. ÉVALUATION DES RISQUES B1.1 Gravité des lésions Le danger se situe au niveau des broches dès que celles-ci sont en mouvement de rotation et/ou d’avance. Un opérateur évoluant à proximité des broches expose ses membres supérieurs aux risques suivants : ‐ happement, enroulement, ‐ coupure, sectionnement, uploads/Industriel/ sujet-10-nc 1 .pdf