Dimensionnement d’un système de chargement/déchargement des casiers

Projet de Bureau d’Etudes

PROJETT BE : Dimensionnementd’unsystèmedechargement/déchargementdescasiers ENSAMdeMeknès

Réalisépar: -ESSASNOUIYoussef -HADIDONEBadr


SOMMAIRE Remerciement ………………….……………………………………………………………………………………...3 Introduction ……………………………………………………………………………………………………………..4 ……………………………………………………………………………………………………………..4 Ch I : Analyse Fonctionnelle …………………………………………………………..……………………………. …………………………………………………………..…………………………….55 Mise en situation ..........................................................................................................6 Principe de fonctionnement ..........................................................................................6 Solutions adopté ..........................................................................................................6 Schéma architectural ...................................................................................................7 Analyse fonctionnelle ...................................................................................................8 Cahiers de Charge Initial ....................................................................................8 Diagramme « bête à corne » ..............................................................................9 Diagramme A-0 .................................................................................................9 Diagramme PIEUVRE ...................................................................................... 10 Diagramme FAST ............................................................................................ 11 Ch II: Dimensionnement et calcul………………………………………………………………………………..12 calcul ………………………………………………………………………………..12 Dimensionnement suivant Y....................................................................................... 13 Dimensionnement de le fourche ..................................................................... 13 Choix de vérin ................................................................................................. 14 Choix de chariot guidé à galet.......................................................................... 15 Dimensionnement de pièce porte vérin ........................................................... 16 Dessin sous CATIA ............................................................................... 16


SOMMAIRE Remerciement ………………….……………………………………………………………………………………...3 Introduction ……………………………………………………………………………………………………………..4 ……………………………………………………………………………………………………………..4 Ch I : Analyse Fonctionnelle …………………………………………………………..……………………………. …………………………………………………………..…………………………….55 Mise en situation ..........................................................................................................6 Principe de fonctionnement ..........................................................................................6 Solutions adopté ..........................................................................................................6 Schéma architectural ...................................................................................................7 Analyse fonctionnelle ...................................................................................................8 Cahiers de Charge Initial ....................................................................................8 Diagramme « bête à corne » ..............................................................................9 Diagramme A-0 .................................................................................................9 Diagramme PIEUVRE ...................................................................................... 10 Diagramme FAST ............................................................................................ 11 Ch II: Dimensionnement et calcul………………………………………………………………………………..12 calcul ………………………………………………………………………………..12 Dimensionnement suivant Y....................................................................................... 13 Dimensionnement de le fourche ..................................................................... 13 Choix de vérin ................................................................................................. 14 Choix de chariot guidé à galet.......................................................................... 15 Dimensionnement de pièce porte vérin ........................................................... 16 Dessin sous CATIA ............................................................................... 16


Simulation de la résistance de la pièce sous CATIA............................... 17 Dimensionnement de vis d’assemblage vérin-porte vérin ................................ 19 Dimensionnement de vis d’assemblage porte vérin-module vérin -module linéaire ............... 19 Dimensionnement suivant Z…………………………………………………………………………….20 Z …………………………………………………………………………….20 Choix de moteur…………………………………………………………………………………..20 moteur…………………………………………………………………………………..20 Calcul de couple………………………………………………………………………...20 couple ………………………………………………………………………...20 Calcul de vitesse angulaire…………………………………………………………..21 angulaire …………………………………………………………..21 Justification de choix d’un motoréducteur………………………………………21 Dimensionnement de l’arbre de motoréducteur………………………………24 Dimensionnement de la clavette…………………………………………………..27 clavette …………………………………………………..27 Choix de module linéaire de translation de Z…………………………………………….29 Z …………………………………………….29 Dimensionnement suivant X…………………………………………………………………………….31 X …………………………………………………………………………….31 Choix de moteur…………………………………………………………………………………..31 moteur…………………………………………………………………………………..31 Dimensionnement de l’arbre de motoréducteur………………………………………..36 Dimensionnement de la clavette…………………………………………………………….38 clavette …………………………………………………………….38 Choix de module linéaire de translation de X…………………………………………….40 X …………………………………………….40 Calcul de durée de vie du module linéaire…………………………………………………41 linéaire …………………………………………………41 Calcul de durée de vie de chariot…………………………………………………..42 chariot …………………………………………………..42 Calcul de durée de vie des galets…………………………………………………..42 galet s…………………………………………………..42 Calcul de durée de vie de pignon…………………………………………………..43 pignon …………………………………………………..43 Conclusion……………………………………………………………………………………………………….……..44 Conclusion……………………………………………………………………………………………………….……..44 Bibliographie……………………………………………………………………………………………………………45 Bibliographie……………………………………………………………………………………………………………45


REMERCIEMENTS

Autermedecetravail,c’estundevoiragréabled’exprimerenquelqueslignesla reconnaissanceetlagratitudequenousdevonsàtousceuxdontonasollicitél’aideetla collaboration.

Notregratitudes’adressetoutspécialementàMr.BAMOHAMMEDetMr. SALLAOU,pourcettebénéfiqueinitiativeconcernantlamiseenœuvred’unprojetdu bureaud’étude,quiapourbutd’améliorerl’espritcréatifchezlesélèvesingénieurs, d’acquériretassimilerlesnotionsdebaseetdelaconstructionmécanique.


INTRODUCTION Denosjours,danslesmagasinsetlesdépôtsdestockageunsystèmede

chargement/déchargementdescasiersestindispensableafinderendrel’opérationplus souple.

Lesystèmesouventutilisépourcetteopération estuntransstockeurquiestun portiqueroulantvertical,munid'unchariotmobile,etunefourcheoupalettepourenlever lescharges(selonlepoids). Ilexistetroisprincipalesmodèlesdetransstockeur :letransstockeuràprofondeur

simple(notresujetd’étude),letransstockeuràprofondeurdouble etletransstockeurcanal. Letransstockeursedéplacedansunealléeetpeutstockerdesobjetsdepartet d'autredecelle-ci.Désormaistouslesnouveauxappareilssonttotalementautomatiséset,

parsécurité,laprésencedel'hommedanssonchampdemanœuvreestformellement interdite.


Letransstockeurestconstituéd'unmâtquisedéplacesurunraillelongd'un rayonnage,d'unenacellequimonteetdescendlelongdumâtetd'unsystèmede

préhensionquipeutvarierselonlesmodèles(fourche,pinceounavette). Ilssontconçuspourdeschargesallantde 50kgpourlescolisà1000ou1500kg pourlespalettes,voireàplusieu rstonnespourlesbobinesd'acier.Leurproprepoidsest d'environ15tonnespourlesversionstransportantdespalettes.

Ilss'avèrenttrèspratiquespourlesentrepôtsfrigorifiques.Certainsmodèlespour lescolispeuventatteindredesvitessesde6m/s


ANALYSE FONCTIONELLE


Le sujet de notre étude, est un dispositif automatique de chargement/déchargement de casiers utilisés pour le stockage des caisses référencées suivants la demande. Il sera utilisé dans des entrepôts de stockage et va permettre :

-

Réduction du cout de stockage. Apport sécurité et confort aux utilisateurs assurant la distribution des caisses référencées. Réduction l’intervention humaines afin éviter les accidents et les erreurs en plus de la fatigue physique et l’utilisation moindre d la main d’œuvre. Protection des utilisateurs et les produits contenus dans les caisses référencées.

2. Le système est constitué d’une partie mobi le et une partie fixe (support). La partie mobile doit se déplacer horizontalement et verticalement afin d’être en face aux casiers à charger ou décharger. Et ensuite pour placer ou déplacer la charge dans le casier voulu, un troisième déplacement suivant la direction perpendiculaire au plan des casiers est nécessaire, aussi qu’une fourche. Les caisses seront placées suivant l’ordre de leurs poids de bas n haut afin d’assurer le renfort. 3. Une recherche des solutions constructives du transstockeur a permis de proposer la solution représentée par le schéma de principe technologique suivante :



5.1-

Cahier des Charges

                               

Masse des caisses : ; Dimensions des caisses : Encombrement Système Pignon / Crémaillère : Module d’engrènement : ; Nombre de dents de pignon : ; Chariot X :  

Vitesse maximale : Accélération maximale : Chariot Z Vitesse maximale : Accélération maximale :  

 

;

;

;

;

;

;

Poulies – Courroie crantées : Avance 270mm/tr ; Déplacement Y : Vérin double effet sans tige à bande, à chariot guidé : 


  

 

Pression maximale d’alimentation : Course utile : ; Vitesse maxi : ;

5.2-

 

;

Diagramme « bête à cornes »

Les Caisses

L’ utilisateur

Transstockeur

Charger ou décharger des caisses référencées suivant la demande

5.3-

Diagramme A-0 Configuration Initiale

Energie  

Electrique: 230 V,50Hz Pneumatique: 8 bar

Réglages :   

Caisses référencées àrentrer ou sortir

Loi de vitesse Position capteurs Variateur

Charger ou décharger des caisses référencées suivant la demande Transstockeur

Ordres d’exploitation :  

de stockage / déstockage de maintenance

Caisses référencées rentrées ou sorties


5.4-

Diagramme PIEUVRE

Utilisateur Conditions d’utilisation

Caisses

FP1

TRANSSTOCKEUR

FC1

Magasin

FC5 FC4

Energie

FC2 FC3

Milieu Extérieur

FP1 FC1 FC2 FC3 FC4 FC5

Charger ou décharger des caisses référencées suivant la demande Etre adapté au volume du magasin Réaliser le processus en toute sécurité Adapter au milieu extérieur Etre alimenté en énergie électrique et pneumatique Etre adapté aux conditions d’utilisation


5.5- Diagramme « FAST »

Déplacer suivant X

Charger/décharger un casier Déplacer suivant Z

Déplacer suivant Y

Transformer l’énergie électrique en énergie mécanique

Moteur électrique Asynchrone + Frein

Adapter la vitesse et le couple

Réducteur roue et vis sans fin : r = 1/24.5 ; η = 0.85

Transformer le mouvement de rotation en mouvement de translation

Pignon + Crémaillère

Guider le chariot X

Poutre horizontale + Galets à roulements

Acquérir et coder le déplacement

Capteur incrémental de déplacement Détecteur inductif prise origine 2 interrupteurs de fin de course

Transformer l’énergie électrique en énergie mécanique

Motoréducteur électrique Asynchrone + Frein

Adapter la vitesse et le couple

2 Poulies + Courroie Crantée

Guider le chariot Z

Module linéaire avec galets


Dynamo tachymétrique Codeur incrémental 360 pts/tr

Transformer l’énergie pneumatique en énergie mécanique

Vérin sans Tige JOUCOMATIC Référence : STB40A230 DMA Course 250 mm

Guider l’axe Y

Chariot guidé par galets


2 détecteurs de position avant / arrière


DIMENSIONNEMENT ET CALCUL


1.1-

Dimensionnement de la fourche

  

On choisit comme profil, une fourche faiblement allié 38 Cr 2. De contrainte élastique 

en

tôle

pliée

en

acier

Epaisseur de tôle 4mm

On modélise les deux parties latérales comme une poutre encastrée, sollicitées en flexion : L’effort tranchant maximal au point de l’encastrement est égal à ; le moment fléchissant est de ; on choisit une épaisseur égale à on aura .

               


La partie transversale est soumise en torsion, on vérifie sa tenue par un calcul RDM :

         

Pour une épaisseur de 4 mm on aura:



Donc notre modèle est valable .

1.2. Choix de vérin Pour se déplacer suivant Y on a choisi un vérin sans tige à bande et a chariot guidé. D’après le catalogue de constructeur JOUCOMATIC on a pu tirer le vérin convenable : Vérin

                



La course



Effort pour déplacer la charge



Poids de charge



Moment appliqué sur le vérin : Sera supporté par un porte vérin Vérifié

Vérifié

(Chariot fixe)

Vérifié Vérifié




Donc notre choix est valable .

1.3. Choix de chariot guidé par galets Pour supporter le vérin et la charge pendant le déplacement Y on a choisi comme solution un chariot guidé par galet On adopte un système ADS de ECMU de caractéristique suivants :


Pour un système ADS 106 MF C 500 :

         



Charge radial négligeable



Charge Axial :




Vérifié Vérifié

1.4. Dimensionnement de pièce porte vérin Il s’agit d’une pièce pliée en acier d’épaisseur e = 6 mm.

1.4.1. Dessin de la pièce sous CATIA :


1.4.2. Simulation de la résistance de la pièce sous CATIA :

 

La pièce est sollicitée en cisaillement et en flexion par un moment de flexion à son extrémité égal à :






1.5 . Dimensionnement vis d’assemblage vérin-porte vérin

                

Le vérin a 4 alésages des vis de fixation de M8 On vérifie la tenue de ces vis en méthode A : Charge appliqué : alors

10

par vis

Alors une vis normale de qualité 3.6 est très suffisante pour la fixation Mais pour mieux résister aux vibrations on choisi des vis 8.8 


1.6. Dimensionnement vis d’assemblage porte vérin-module linéaire

              

Le porte vérin a 4 alésages des vis de fixation de M8 12 On vérifie la tenue de ces vis en méthode A : Charge appliqué : alors par vis

Alors une vis normale de qualité 3.6 est très suffisante pour la fixation Mais pour mieux résister aux vibrations on choisi des vis 8.8 



2. DIMENSIONNEMENT SUIVANT Z 2.1. Choix de moteur D'abord, on a besoin du couple nécessaire pour soulever l'ensemble 1 : chariot, vérin, fourche. Soit : - P: poids de l'ensemble 1. - C: couple nécessaire pour soulever l'ensemble 1. -R: le rayon de la poulie.

 2.1.1. Calcul du couple On a :

        


2.1.2. Calcul de la vitesse angulaire :

         2.1.3. Justification du choix d’un motoréducteur Si on utilise un réducteur R = 1/16 on a :

      Impossible cette vitesse angulaire.

de

trouver

un

moteur

qui

peut

donner

On essaye de trouver un motoréducteur qui nous donnera la puissance et la vitesse angulaire nécessaire vu que c'est impossible de trouver un moteur avec un réducteur de rapport 1/16, alors on cherchera un motoréducteur qui vérifiera ces caractéristiques :



  

Projet de Bureau d’Etudes  

     

D'après le catalogue "SEW usocome" on choisit le motoréducteur (RF 37 DT 90 L2) ayant les caractéristiques suivantes :



Pour la fixation , on a choisi le diamètre suivant :




2.1.4. Dimensionnement de l'arbre du motoréducteur

 

Un arbre de transmission doit transmettre une puissance P de . Cet arbre est en acier doux de limite élastique

  

.

 

à


  

On prendra un coefficient de sécurité de de torsion unitaire maximal de .

et on imposera un angle

          

Pour la sollicitation de torsion, nous avons besoin du couple de torsion C.

La torsion engendre des contraintes de cisaillement, pour un acier doux la limite élastique de cisaillement est égale à la moitié de sa limite

Soit

                        

On prendra un coefficient de sécurité de

Ce coefficient de sécurité permet de déterminer la contrainte admissible en cisaillement à partir de la limite élastique de cisaillement soit : Condition de résistance : 

Le diamètre D1 doit assurer que Avec:


                      

On prend

   

Condition de rigidité : 

Le diamètre D2 doit assurer que

 

                                

                        

On prend








Finalement , on choisit :

 

Diamètre de l'arbre du motoréducteur nécessaire pour valider la condition de résistance et de rigidité sera :

 

Donc notre choix est vérifié .

2.1.5. Dimensionnement de la clavette entre la roue et l'arbre de sortie du motoréducteur

Pour assurer une liaison encastrement entre la roue et l’arbre de celle-ci, nous allons se limiter à faire le choix d’une clavette parallèle, le comportement sous charge d’un clavetage, par clavette parallèle dépend de nombreux paramètres associés aux conditions de service (chocs, vibrations, précision..) ; de fabrication et de montage (jeux et tolérances).


   

L’arbre de sortie du moteur a comme diamètre 33mm, alors les caractéristiques de la clavette parallèle en question sont : ; et varie entre et . Cependant, la condition de non matage nous donne la relation suivante :



                 

Comme on est dans des bonnes qualités de travail, on a : .

Alors



, donc on choisit


.


2.2. Choix de module linéaire de translation suivant Z Pour assurer la translation suivant l’axe Z on a adopté un module linéaire MLF... ZR … d’INA


On choisit parmi ce module le module MLF 52 145-500 ZR :

                       



Avance :



Vitesse Maxi. :



Accélération Maxi. :



Charge Maxi.



Moment Maxi. suivant Z :

Vérifié

Vérifié

Vérifié

Vérifié

Vérifié


                



Moment Maxi. suivant X :



Charge admissible par courroie :



Couple d’entrainement maxi. :




Vérifié

Vérifié Vérifié

3. DIMENSIONNEMENT SUIVANT X 3.1. Choix de motoréducteur roue et vis sans fin Données :  

  

 Coefficient de frottement du pignon avec crémaillère = 0.2


On applique le principe fondamental de la dynamique dans le point I :

      -

Projection sur



:

 

Donc :

        

On a:

D’où:




Donc la puissance du motoréducteur est :

               



La vitesse de sortie du motoréducteur est :

               

Le couple du motoréducteur :


il faut choisir un motoréducteur avec les caractéristique suivants :

  



3.2. Le dimensionnement de l’arbre de sortie du motoréducteur : Déterminons diamètre minimal de cet arbre pour vérifier les conditions de résistance et de rigidité :

          

Cet arbre de transmission doit transmettre une puissance P de . Donc ,



à

Pour la sollicitation de torsion, nous avons besoin du couple de torsion

Cet arbre est en acier doux de limite élastique un coefficient de sécurité de .

. On prendra

La torsion engendre des contraintes de cisaillement, pour un acier doux la limite élastique de cisaillement est égale à la moitié de sa limite élastique en traction : Soit

 

Le coefficient de sécurité s=2 permet de déterminer la contrainte admissible en cisaillement à partir de la limite élastique de cisaillement soit:

        

Condition de résistance :

Le diamètre D1 doit assurer que Avec:


                                                             

On prend D1 = 14 mm

Condition de rigidité : 

Le diamètre D2 doit assurer que

                                

                       








On prend

       

Finalement , on choisit :

Diamètre de l'arbre du motoréducteur nécessaire pour valider la condition de résistance et de rigidité sera :

 


3.3. Dimensionnement de la clavette entre le pignon et l’arbre du motoréducteur : Pour assurer une liaison encastrement entre la roue et l’arbre de celle -ci, nous allons se limiter à faire le choix d’une clavette parallèle, le comportement sous charge d’un clavetage, par clavette parallèle dépend de nombreux paramètres associés aux conditions de service (chocs, vibrations, précision..) ; de fabrication et de montage (jeux et tolérances).


    

L’arbre de sortie du moteur a c omme diamètre , alors les caractéristiques de la clavette parallèle en question sont : ; et varie entre et . Cependant, la condition de non matage nous donne la relation suivante :

 

                 

Comme on est dans des bonnes qualités de travail, on a : .

Alors



, donc on choisit


.


3.4. Choix de module linéaire à galets à roulement Le guidage suivant X se fait par une poutre horizontale. Le chariot est un chariot à galets à roulements :

  

La charge axiale par rapport aux galets appliquée sur le chariot est La charge radiale est de

 

.

Le catalogue HDS2 HepcoMotion donne un ensemble de {poutre+chariot à entrainement par pignon+2 rails de guidage dont l’une e st taillée}.

Cette configuration présente les avantages suivants :       

Poutres en alliage d’aluminium de forte capacité. Plusieurs options de montage pour rails en V et rails plats. Rigidité permettant une longue portée entre supports. Livrables avec rails montes. Surfaces de montage sur les angles pour rails en V ou rails plats. Rainures identiques sur tous les modèles: facilite d’assemblage. Cache rainure et couvercles d’extrémité disponibles.

Les références des pièces sont les suivants : Poutre : HB33 ;


Chariot: AURD 128 33N; Rails: HSS 25.





Vu à l’indispensabilité d’un pignon-crémaillère de module et de nombre de dents on a adopté la solution ci-dessus mais en respectant les conditions suivants :

                    



Vitesse Maxi. :



Accélération Maxi. :



Charge axiale Maxi.



Charge radiale Maxi.



Moment Maxi. suivant Z :

Vérifié





Vérifié Vérifié Vérifié

Vérifié

3.5. Calcul de durée de vie de guidage linéaire D’après le catalogue de constructeur on peut calculer les durées de vie des composants :


3.5.1. Calcul de durée de vie de chariot D’après le catalogue de constructeur on peut calculer les durées de vie des composants : On a :

              Alors la durée de vie est donnée par :

    3.5.2. Calcul de durée de vie des galets On a :

    


Alors la durée de vie est donnée par :

    3.5.3. Calcul de durée de vie de pignon



D’après le catalogue de constructeur la durée de vie probable est

On a pu atteindre un poids total de système inférieur à Vérifié

 


CONCLUSION

Pourfairelaconceptiond’unmécanismedetransstockeuronadu

passéparuneétudedanslesartsdenormedesdifférentscomposantsqui constituentlecomposéfinaletlesliaisonsentreeuxquinousdonnele mouvementsouhaité. Dansnotreprojetdebureaud’étudeonapucommeétantpremière expériencedefairedescalculsdedimensionnementdesarbresetdes structureetdechoisitdesmoteur,ainsiquedescomposantscommedes

fourcheetdesvérins . Sansoublierlechoixdesmoduleslinéairesdesdifférents constructeurs etemployerdesnotionsducoursetdelathéorieàlapratique

Dimensionnement d’un système de chargement/déchargement des casiers

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