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Hiver 2010 M MO OD DU UL LE E D DE ES S S SC CI IE EN NC CE ES S A AP PP PL LI

Hiver 2010 M MO OD DU UL LE E D DE ES S S SC CI IE EN NC CE ES S A AP PP PL LI IQ QU UÉ ÉE ES S Étude de conception d’un banc d’essai pour foreuse à béquille PROJET D’ÉTUDE EN INGÉNIERIE DANS LE CADRE DU PROGRAMME DE BACCALAURÉAT EN GÉNIE ÉLECTROMÉCANIQUE Présenté par : Zouhair Britel, étudiant 4e année, Génie Électromécanique Amine Berrada, étudiant 4e année, Génie Électromécanique Superviseur : Mohamad Saad, ing., Ph.D., Professeur, UQAT Représentant industriel : Gilles LeBlanc, ing. PAFE : Étude de conception d’un banc d’essai pour foreuse à béquille Zouhair Britel Hiver 2010 ii Amine Berrada Remerciements Nous tenons à remercier tout d’abord notre professeur superviseur à l’Université, soit M. Mohamad Saad pour son soutien et ses conseils pertinents au cours de la réalisation de ce projet. Nos remerciements vont également à M. Gilles LeBlanc, représentant industriel et ingénieur en mécanique à la Mine-laboratoire LMSM-CANMET à Val-D’or, pour le temps qu’il nous a consacré ainsi que pour les droits d’accès illimités au site minier. Nous adressons aussi nos plus sincères remerciements à toute personne ayant aidé de proche ou de loin à la réalisation et à l’avancement de ce projet :  M. Walid Ghie, professeur à l’UQAT.  M. Mouad Safouh, ing. jr., Acier JP.  M. Élie P. Desjardins, ing. Support Électro-Hydraulique à KINECOR Inc. Enfin, nous tenons à remercier vivement M. Joseph Ishac, professeur au Cégep, et chargé de cours à l’Université pour avoir accepté de présider notre jury de présentation, sans oublier tout le corps professoral du département de génie qui a rendu la réalisation de ce projet possible grâce aux connaissances qu’ils nous ont transmis. PAFE : Étude de conception d’un banc d’essai pour foreuse à béquille Zouhair Britel Hiver 2010 iii Amine Berrada Résumé La Mine-laboratoire LMSM-CANMET située à Val-D’or, est une mine de recherche qui répond aux besoins accrus en recherche appliquée, exprimés par l’industrie minière en divers endroits au Canada. Cette mine offre toute une gamme de services pour les compagnies qui désirent se servir de ses installations afin de mettre à l’essai des équipements ou de former du personnel. C’est dans cet aspect que le mandat d’apporter des améliorations sur la conception d’un banc d’essai pour foreuse à béquille nous a été confié. La principale tâche était de concevoir un banc d’essai plus versatile et plus ergonomique que celui déjà installé dans le laboratoire de mine. Ce dernier devait être équipé d’un système de contre charge qui permet d’appliquer un couple résistant de 0 à 400 Nm sur la tige de forage, simulant ainsi un forage dans des conditions réelles. Des capteurs ont été sélectionnés dans le but de caractériser les indices de performance de la foreuse. Le choix des capteurs s’est fait pour la pression, le débit, la température, la force de poussée de la béquille et la vitesse de rotation de la tige de forage. Suite aux propositions soumises à l’entreprise et après plusieurs réunions de brainstorming, ce fût en collaboration avec M. Gilles LeBlanc, responsable du projet à la Mine-laboratoire, que la solution finale a été prise. Cette solution consiste en une pompe hydraulique avec transmission de puissance de type chaine-poulie. Nous avons fait une estimation de coût pour la réalisation de cette installation, ainsi qu’une étude et une analyse économique. PAFE : Étude de conception d’un banc d’essai pour foreuse à béquille Zouhair Britel Hiver 2010 iv Amine Berrada Abstract The Experimental Mine LMSM-CANMET located in Val-d'Or is a mine research that meets the increased needs in applied research, expressed by the mining industry in various locations across Canada. The mine provides a range of services for companies wishing to use its facilities to test equipment or training staff. With this in mind, he has been mandated to make improvements on the design of a test bed for drill stand. The main task was to design a test bench more versatile and more ergonomic than the one already installed in the laboratory of mine. The latter should be equipped with a load of cons who can apply a load torque from 0 to 400 Nm on the drill, simulating by the way real condition. Sensors have been selected in order to characterize the performance indices of the drill. The choice of sensors was made for pressure, flow, temperature, and pushed force of the prop and the speed of rotation of the drill pipe. Following the proposals submitted to the company and after several brainstorming sessions, it was in collaboration with project manager, Gilles LeBlanc, at the experimental mine that the final solution was reached. This solution consists of a hydraulic pump with power transmission chain-type pulley. We have made an estimation of the cost for the completion of this facility, and a study and economic analysis. PAFE : Étude de conception d’un banc d’essai pour foreuse à béquille Zouhair Britel Hiver 2010 v Amine Berrada Table des matières Introduction……………………………………………………………………………………………………….1 CHAPITRE 1 : L’entreprise et la problématique ........................................................................ 2 1.1 Présentation de l’entreprise ............................................................................................... 2 1.2 Description du procédé ..................................................................................................... 3 1.2.1 Bloc de béton ............................................................................................................. 4 1.2.2 Dissipateur d’énergie ................................................................................................. 5 1.2.3 Palier avec roulement à billes .................................................................................... 5 1.2.4 Unité d’air comprimé................................................................................................. 5 1.2.5 Foreuse pneumatique de type SECAN S 250 ............................................................ 6 1.3 Protocole d’essai normalisé .............................................................................................. 8 1.4 Objectifs et mandat du projet ............................................................................................ 9 1.1.1 Objectifs .................................................................................................................... 9 1.1.2 Description de mandat ............................................................................................... 9 CHAPITRE 2 : La recherche de solutions ................................................................................. 11 2.1 Les contraintes générales ................................................................................................ 11 2.2 Concept du mécanisme de contre-charge ....................................................................... 11 2.2.1 Solution N° 1 : Limiteur de couple .......................................................................... 11 2.2.2 Solution N° 2 : Moteur électrique avec transmission de puissance ......................... 12 2.2.3 Solution N°3 : Pompe hydraulique avec transmission de puissance ....................... 14 2.2.4 Comparaison des solutions ...................................................................................... 14 2.2.5 Matrice de décision .................................................................................................. 15 2.2.6 Choix de la solution finale ....................................................................................... 17 2.3 Choix des capteurs .......................................................................................................... 18 2.3.1 Présentation des capteurs ......................................................................................... 18 2.3.2 Entrée de la foreuse ................................................................................................. 18 2.3.3 Capteur de pression ................................................................................................. 19 2.3.4 Capteur de débit ....................................................................................................... 20 1.1.3 Capteur d’humidité .................................................................................................. 22 2.3.5 Capteur de force....................................................................................................... 22 2.3.6 Capteur de vitesse .................................................................................................... 23 CHAPITRE 3 : Développement et conception de la solution finale ......................................... 25 PAFE : Étude de conception d’un banc d’essai pour foreuse à béquille Zouhair Britel Hiver 2010 vi Amine Berrada 3.1 Description de la solution finale ..................................................................................... 25 3.2 Processus de conception ................................................................................................. 26 3.2.1 Théorie et calcul propre aux choix d’une pompe .................................................... 26 3.2.2 Choix du multiplicateur de vitesse .......................................................................... 33 3.2.3 Transmission de puissance par chaîne ..................................................................... 33 3.2.4 Mécanisme anti-percussion ..................................................................................... 37 3.3 Installation des capteurs .................................................................................................. 40 3.3.1 Étalonnage du capteur de pression .......................................................................... 40 3.3.2 Installation du capteur de débit ................................................................................ 41 3.3.3 Installation du capteur de force ............................................................................... 45 3.3.4 Installation du capteur de vitesse de rotation .......................................................... 46 CHAPITRE 4 : Santé et sécurité au travail ................................................................................ 48 4.1 Obligation de l’employeur .............................................................................................. 48 4.2 Équipements de protection individuels ........................................................................... 48 4.3 Précautions de descente dans les mines .......................................................................... 49 4.4 Précautions pour les transmissions par chaîne ................................................................ 50 CHAPITRE 5 : Analyse économique ........................................................................................ 52 5.1 Coût des composants de la solution finale .......................................................................... 52 Recommandation………………………………………………………………………………………………56 Conclusion………………………………………………………………………………………………………57 Annexe A « Pompe hydraulique » …………………………………………….…………………………60 Annexe B « Capteurs » ………………………………………………………………………………………101 Annexe C « Transmission par chaîne » ……………………………………………………..………..…113 Annexe D « Étude des forces » ……………………………………………………………………………118 Annexe E « Soumission » ……………………………………………………………………………….…121 Annexe F « Analyse économique » ………………………………………………………………………127 Annexe G « Dessins » ………………………………………………………………………………………...131 PAFE : Étude de conception d’un banc d’essai pour foreuse à béquille Zouhair Britel Hiver 2010 vii Amine Berrada Liste des figures Figure 1.1 : Atelier de fabrication et d’entretien d’équipements miniers [1] ............................ 2 Figure 1.2 : Coupe transversale de la mine souterraine [1] ....................................................... 3 Figure 1.3 : Photo de la foreuse à béquille couplée au banc d’essai [2] .................................... 3 Figure 1.4 : Schéma global du banc d'essai ............................................................................... 4 Figure 1.5 : Schéma technique du dissipateur d'énergie à billes [2] ......................................... 5 Figure 1.6 : Unité d’air comprimé ............................................................................................. 5 Figure 1.7 : Foreuse pneumatique de type Secam S250 en situation de forage [2]................... 6 Figure 1.8 : Tige de forage avec trou de passage d’eau ........................................................... 7 Figure 1.9 : Poignée anti vibratile [2] ........................................................................................ 7 Figure 1.10 : Lubrificateur PHQ 5048912 [3] ........................................................................... 8 Figure 2.1 : Limiteur de couple installé sur la foreuse ............................................................ 12 Figure 2.2 : Limiteur de couple avec levier de réglage [4] ...................................................... 12 Figure 2.3 : Architecture du banc d'essai actionné avec le moteur électrique ......................... 13 Figure 2.4 : Architecture du banc d'essai avec la pompe hydraulique .................................... 14 Figure 2.5: Photo de la conduite d'air comprimé ..................................................................... 18 Figure 3.1 : Dessin final du banc d'essai ................................................................................. 25 Figure 3.2 : Schéma du circuit hydraulique ............................................................................. 27 Figure 3.3 : Couple résistant fournit par la pompe en fonction de la pression ........................ 32 Figure 3.4 : Image du multiplicateur HÉCOGEAR [10] ......................................................... 33 Figure uploads/Ingenierie_Lourd/ 82-pdf.pdf