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MODULE DES SCIENCES APPLIQUÉES PRESSE MULTIFONCTIONNELLE PROJET D’ÉTUDES EN ING

MODULE DES SCIENCES APPLIQUÉES PRESSE MULTIFONCTIONNELLE PROJET D’ÉTUDES EN INGÉNIERIE DANS LE CADRE DU PROGRAMME DE BACCALAURÉAT EN GÉNIE ÉLECTROMÉCANIQUE ET MÉCANIQUE Présenté par : Dave Descôteaux Alexandre Labbé Superviseur : Guyh Dituba Ngoma, ing. , Ph.D. Représentant industriel : Réal Mantha, contremaître de production, Technosub 29 avril 2011 ii iii Remerciements Tout au long de ce projet, des milliers de questions nous sont venues en tête. C’est donc pour cette raison que nous voulons remercier monsieur Guyh Dituba Ngoma, ing. Ph. D., professeur à l’Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue pour l’aide qu’il nous a apportée et pour le temps qu’il a consacré pour répondre à nos questions. Nous voudrions aussi remercier messieurs Réal Mantha, contremaître de production ainsi que Patrick Martel, directeur de projet d’innovations et d’opérations chez Technosub, de nous avoir permis de faire ce projet au sein de leur entreprise. De plus, nous aimerions les remercier pour le temps qu’ils nous ont accordé et pour les idées qu’ils ont apportées afin de nous aider à mener à terme notre projet. Un dernier remerciement aux fournisseurs qui ont bien voulu nous aider dans la conception en nous fournissant les informations nécessaires telles que les soumissions ainsi que leur savoir- faire sur certains points qui nous étaient moins familiers. iv RÉSUMÉ Dans le cadre de notre projet d’études en ingénierie, l’entreprise Technosub a mandaté une équipe d’étudiant afin de concevoir une presse multifonctionnelle qui conviendrait aux besoins de l’industrie. Le mandat consistait à faire la conception d’une presse entièrement contrôlable à distance étant capable d’emboutir et de redresser des arbres de transmission mécanique. La conception englobe la totalité de la presse : structure, composantes hydrauliques et mécaniques, électricité, mécanismes de mouvement et étude des coûts. Ce travail est le type de projet typique de conception pouvant survenir lors d’une carrière d’ingénieur en région. L’entreprise a laissé carte blanche à l’équipe pour le design de la presse en entier. Il a donc été nécessaire de faire des recherches sur les différentes presses qui existaient déjà sur le marché, pour ne pas fournir une solution qui n’aurait ni queue ni tête. C’est pour cette raison que le design est similaire à celles qui se retrouvent sur le marché. Lors des heures de travail investies sur le projet, la recherche des coûts et des pièces a été une partie majeure du projet. La difficulté à trouver des détaillants de moteur à deux vitesses a été un obstacle considérable, qui a ralenti l’évolution du projet. De plus, l’étude statique de résistance des matériaux, pour la structure, a été une autre partie d’envergure du projet. Le rapport consiste en le développement de la solution finale. En toute fin du document, des recommandations sont apportées, visant à ouvrir l’esprit du client sur les différentes possibilités s’ouvrant à lui. v ABSTRACT As part of our engineering school project, Technosub Company has mandate a student team to make the conception of a shop press that suited to theirs needs. The order consisted in the conception of a totally remote controlled press that can stamp or straighten mechanical shaft. The conception wrap around the entire press: structure, hydraulic and mechanics components, electricity, moving mechanisms and cost study. That kind of work is a usual engineering project that is given during a career in engineering. The enterprise has given free card to the team for the entire press design. Therefore, some searches about what is done on the market have been done to be in term with the press shop industry. That is the reason why the design is similar to the existing machine. During the spent hours invested on the project, the biggest challenge was to find pieces and prices for the different parts of the assembly. The difficulties to find some motors dealers who sell two speed motors have been such hard that it slowed the evolution of the project. Furthermore, the static analysis of the steel structure has been another big part in the order. Report consists in the development of the final solution. At the end of this document, some recommendations have been done about the different possibilities available. vi TABLE DES MATIÈRES LISTE DES SYMBOLES ET DES ABRÉVIATIONS ....................................................................................................... 1 INTRODUCTION ................................................................................................................................................... 2 CHAPITRE I – ÉTUDE DES BESOINS ET DU MANDAT ............................................................................................. 3 1.1 PRÉSENTATION DE L’ENTREPRISE ............................................................................................................................... 3 1.2 FORMULATION DU MANDAT .................................................................................................................................... 4 1.2.1Description et caractéristiques de la machine ........................................................................................... 4 1.2.2 Problématique .......................................................................................................................................... 5 1.2.3 Confirmation du mandat .......................................................................................................................... 5 1.2.4 Objectifs .................................................................................................................................................... 6 1.3 NORMES APPLICABLES ............................................................................................................................................ 6 CHAPITRE II – RECHERCHE DE SOLUTIONS ........................................................................................................... 7 2.1 RECHERCHE DE SOLUTION ........................................................................................................................................ 7 2.2. SOLUTION 1 : VÉRIN SIMPLE, CONTRÔLÉE PAR VIS SANS FIN ........................................................................................ 10 2.2.1 Avantages et inconvénients .................................................................................................................... 11 2.3 SOLUTION 2 : VÉRIN DOUBLE, CONTRÔLÉE PAR CRÉMAILLÈRE ....................................................................................... 12 2.3.1 Avantages et inconvénients .................................................................................................................... 13 2.4 SOLUTION 3 : VÉRIN SIMPLE, CONTRÔLÉE PAR CRÉMAILLÈRE ET VÉRIN ÉLECTRIQUE ........................................................... 14 2.4.1 Avantages et inconvénients .................................................................................................................... 15 2.5 BARÈME ET MATRICE DE DÉCISION ........................................................................................................................... 15 CHAPITRE III- CONCEPTION DE LA SOLUTION RETENUE ..................................................................................... 16 3.1 – STRUCTURE DE LA PRESSE ................................................................................................................................... 16 3.1.1 – Description ........................................................................................................................................... 16 3.1.2 – Calcul de résistance ............................................................................................................................. 17 3.2 – TABLE DE LA PRESSE ........................................................................................................................................... 24 3.2.1 – Description ........................................................................................................................................... 24 3.2.2 – Calcul de résistance ............................................................................................................................. 25 3.3 – VÉRIN HYDRAULIQUE ......................................................................................................................................... 28 3.3.1 – Description ........................................................................................................................................... 28 3.3.2 – Dimensionnement ................................................................................................................................ 28 3.4 – MÉCANISME DE DÉPLACEMENT ............................................................................................................................ 29 3.4.1 – Mécanisme d’élargissement la table ................................................................................................... 29 vii 3.4.2 – Mécanisme pour monter la table ........................................................................................................ 31 3.4.3 – Mécanisme pour déplacer le vérin ....................................................................................................... 33 3.5 – GARDE-CORPS .................................................................................................................................................. 35 3.5.1 – Description et dimensionnement ......................................................................................................... 35 3.6 – HYDRAULIQUE .................................................................................................................................................. 36 3.6.1 – Pompe hydraulique .............................................................................................................................. 36 3.6.2 – Composantes ....................................................................................................................................... 39 3.6.3 – Schéma de raccordement .................................................................................................................... 40 3.7 – ÉLECTRIQUE ..................................................................................................................................................... 41 3.7.1 – Moteurs électriques et réducteur ........................................................................................................ 42 3.7.2 –Contrôleur de vitesse pour moteur Ac .................................................................................................. 47 3.7.3 – Composantes ....................................................................................................................................... 48 3.7.4 – Schéma de raccordement .................................................................................................................... 50 3.8 – TABLE DE LEVAGE .............................................................................................................................................. 52 CHAPITRE IV- ESTIMÉ DES COÛTS ...................................................................................................................... 53 CHAPITRE V- SANTÉ ET SÉCURITÉ ....................................................................................................................... 54 CONCLUSION ..................................................................................................................................................... 56 RECOMMANDATIONS ........................................................................................................................................ 57 RÉFÉRENCE ........................................................................................................................................................ 58 ANNEXE 1 : RÈGLEMENTS SUR LA SANTÉ ET SÉCURITÉ AU TRAVAIL ................................................................... 59 ANNEXE 2 : BARÈME ET MATRICE DE DÉCISION ................................................................................................. 62 ANNEXE 3 : MISE EN PLAN ................................................................................................................................. 65 ANNEXE 4 : RÉGULATEUR DE VITESSE ................................................................................................................ 77 ANNEXE 5 : MOTEURS ÉLECTRIQUES ................................................................................................................ 102 ANNEXE 6 : COMPOSANTES ÉLECTRIQUES ....................................................................................................... 110 ANNEXE 7 : SCHÉMAS ÉLECTRIQUES ................................................................................................................ 115 ANNEXE 8 : HYDRAULIQUE .............................................................................................................................. 118 ANNEXE 9 : RÉFÉRENCES AUX CALCULS VENANT DES MANUELS ...................................................................... 123 ANNEXE 10 : SOUMISSIONS ............................................................................................................................. 135 viii Table des tableaux Tableau 1: Liste des symboles et des abréviations ....................................................................... 1 Tableau 2: caractéristique de la presse actuelle chez Technosub ................................................. 5 Tableau 3: «Brainstorming» ......................................................................................................... 8 Tableau 4: Caractéristiques vérin ............................................................................................... 28 Tableau 5: Caractéristiques unité hydraulique ........................................................................... 36 Tableau 6: Caractéristiques du régulateur de pression ............................................................... 39 Tableau 7: Caractéristiques moteur 42-5N ................................................................................. 42 Tableau 8: Caractéristiques Moteur 48R .................................................................................... 44 Tableau 9: Caractéristiques Moteur 42R .................................................................................... 45 Tableau 10: Caractéristiques Réducteur Sumitomo ................................................................... 46 Tableau 11: Liste des prix des composantes de la presse ........................................................... 53 Table des figures Figure 1: Presse actuelle chez Technosub .................................................................................... 4 Figure 2: Parties d'une presse ....................................................................................................... 7 Figure 3: Solution retenue .......................................................................................................... 10 Figure 4: Solution 2 avec 2 vérins .............................................................................................. 12 Figure 5: Solution 3 avec des vérins électriques ........................................................................ 14 Figure 6: Presse multifonctionnelle sans garde-corps ................................................................ 17 Figure 7: Poutre C8X18.75 (QT100) servant de montant pour la presse ................................... 18 Figure 8: Joint de soudure reliant la plaque principale et le montant ......................................... 21 Figure 9: Schéma du joint de soudure ........................................................................................ 22 Figure 10: Table vue ISO-1 Figure 11: Table vue ISO-2 ..................................................... 24 Figure 12: Poutre soumise à une charge ponctuelle ................................................................... 25 Figure 13: Vérin hydraulique BVA ............................................................................................ 28 Figure 14:Mécanisme de déplacement pour élargissement de la table ....................................... 30 Figure 15: Mécanisme de déplacement vertical de la table ........................................................ 31 ix Figure 16: Mécanisme de déplacement du vérin ........................................................................ 33 Figure 17 : Garde-corps .............................................................................................................. 35 Figure 18 : Unité hydraulique BVA 3 HP .................................................................................. 36 Figure 19: Régulateur de pression Modèle CVR3 ...................................................................... 39 Figure 20: Schéma du réseau hydraulique de la presse .............................................................. 40 Figure 21: Pacesetter 42-5N Right angle .................................................................................... 42 Figure 22: Pacesetter 48R Ac Inverter Duty Motor .................................................................... 44 Figure 23: 42R-E Series Parallel Shaft Geamotor ...................................................................... 45 Figure 24: Réducteur à angle droit ............................................................................................. 46 Figure 25: Ac Motor Speed Control for 3-Phase Motor ............................................................. 47 Figure 26: Panneau électrique .................................................................................................... 48 Figure 27: Sectionneur triphasé 600 Vac.................................................................................... 48 Figure 28: Contacteur inverseur ................................................................................................. 49 Figure 29: Circuit de puissance .................................................................................................. 50 Figure 30: Circuit de commande ................................................................................................ 51 Figure 31: Pentalift serie E ......................................................................................................... 52 PEI – PRESSE MULTIFONCTIONELLE Dave Descôteaux Hiver 2011 Page 1 Alexandre Labbé Liste des symboles et des abréviations Tableau 1: Liste des symboles et des abréviations Symbole Unité Définition C uploads/Ingenierie_Lourd/ module-des-sciences-appliquees-presse-multifonctionnelle.pdf