SESSION 2008 - Eduscol

SESSION 2012
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CAPLP
CONCOURS EXTERNE
Section : GÉNIE MÉCANIQUE
Options : MAINTENANCE DES SYSTÈMES MÉCANIQUES AUTOMATISÉS ÉPREUVE D'ADMISSIBILITÉ Étude d'un système, D'uN PROCÉDÉ, D'UNE ORGANISATION Durée : 5 heures - Coefficient : 3
Chemise : Dossier Sujet
Analyse structurelle du robot manipulateur
Afin d'adapter le robot manipulateur à l'engagement d'un fil de (34
(initialement (30 maxi), les caractéristiques de serrage du fil doivent
évoluer afin d'obtenir un effort de serrage de 1380 daN au niveau des
galets. Il vous est demandé de vérifier la capacité du moteur à fournir un
couple suffisant au bon serrage des fils (34. Q1.1.1 -- Compléter le graphe de transmission des efforts lors du serrage
des galets. Q1.1.2 - Compléter le diagramme FAST du sous-ensemble « robot
manipulateur » (rondelles, capteur, galet, vis sans fin, moteur
d'entrainement,...) Hypothèses : - Rendement global de la transmission 62% (du moteur au galet). - On se situe dans la position du schéma technologique page DT6. - Le moteur travaille à 70% de sa puissance nominale. Q1.2.1 - Calculer l'effort de traction nécessaire sur la pièce 42 pour
assurer un effort de serrage suffisant. Q1.2.2 - Déterminer le couple théorique nécessaire sur l'arbre moteur
(résultat utilisant les unités S.I.). Q1.2.3 - Déterminer le couple utile nécessaire du moteur dans les
conditions de travail imposées et conclure sur ses performances
dans la nouvelle configuration.
Suite à l'analyse précédente, la modification du moteur va engendrer un
couple trop important pour le système vis-écrou actuellement mis en place.
Q1.3 - Construire le filogamme de démontage pour l'échange de cet
ensemble vis-écrou (40+41).
Hypothèses : - les carters du robot sont déposés
- le boitier de serrage 35 ne doit pas être déposé
- le moteur 63 ne doit pas être déposé
- le chariot mobile est en position ouverte (fig. 3 DT1) Gestion Alimentation Moteur Serrage du Robot Manipulateur Les conclusions de l'analyse précédente nous conduisent au
remplacement du moteur en prenant l'hypothèse qu'un couple constant de 18,5
Nm est nécessaire. Dans le cadre d'une politique globale de rationalisation
des coûts, nous décidons de changer le moteur à courant continu par un
moteur asynchrone triphasé disponible en stock dont les caractéristiques
sont définies sur la plaque signalétique ci-contre :
Afin de permettre l'optimisation du serrage de la barre, nous
souhaitons lier la fréquence de rotation du moteur à la force de serrage
exercée sur celle-ci.
La mesure est réalisée par le capteur d'effort implanté au sein de la
chaîne de transmission.
La commande du moteur de serrage du robot manipulateur sera assurée par un
automate programmable pilotant un variateur de vitesse référence
ATV312HU30N4, permettant d'obtenir une fréquence de rotation du moteur à
200tr/min.
Q2.1.1 - Calculer le couple nominal du moteur proposé.
Q2.1.2 - Considérant que le glissement est constant, calculer la
fréquence des tensions d'alimentation du moteur pour la fréquence
de rotation demandée.
Q2.1.3 - Justifier que le moteur proposé ne permet pas d'obtenir les
conditions de fonctionnement requises par le cahier des charges.
Q2.1.4 - Quelle(s) solution(s) argumentée(s) de remédiation proposez-
vous sachant qu'aucune modification mécanique n'est envisagée ?
Remarque : Pour cette partie Q2.2 on néglige le glissement et le moteur à
2 paires de pôles.
> Chaîne d'action :
La chaîne d'action est constituée, à partir d'un API Modicon TSX micro,
d'une sortie analogique pilotant l'entrée de consigne 0-10V du variateur
de vitesse.
On souhaite pouvoir commander la vitesse du moteur de 0 à 1500 tr/min à 2
tr/min près.
Q2.2.1 - Justifier que l'utilisation de voies analogiques intégrées aux
bases automates TSX 37 22 ne convient pas.
Q2.2.2 - On utilise une carte analogique mixte de type TSX AMZ 600.
Quel format de sortie faut-il utiliser et à combien de tr/min
près peut-on régler la fréquence de rotation ?
Q2.2.3 - Le variateur est réglé avec la fréquence limite haute HSP =
50Hz et la fréquence limite basse LSP = 6Hz. Calculer à quelles
valeurs limites de fréquence de rotation du moteur correspondent-
elles ?
Q2.2.4 - On veut une fréquence de rotation de 200tr/min, calculer la
tension de consigne Uc à appliquer au variateur (graphe A) et la
valeur du mot registre « Vitesse » de l'API correspondant
(graphe B).
Etude chaine d'énergie sur le bloc d'étirage Une augmentation du taux de rebus des barres due à un marquage de celles-ci
a été constatée. Une étude a montré que ces marquages étaient dus au
serrage des barres sur l'étireuse. Le marquage sous forme de rayure montre
un glissement des mors de serrage sur la barre. On va donc procéder à une
analyse du fonctionnement de cette partie du système pour pouvoir établir
un diagnostic. Sachant que les premières constatations réalisées par l'agent de
maintenance sont :
Volute non déformée et les galets d'entrainements des chariots par la came
ne montrent pas d'usure anormale. Pour l'analyse nous nous placerons dans le cas d'un régime stabilisé de
rotation de la volute.
Quelques caractéristiques :
. Vitesse moyenne avance barre : 30m/ min.
. Longueur totale de la volute (comprenant les deux pistes : 3,4m)
. Diamètre de la volute : 1m
. Codeur en bout d'arbre déterminant la position angulaire de la
volute.
. La barre ne doit jamais être desserrée simultanément par les 2 vérins
de serrage lors du fonctionnement. D'après la représentation du déplacement des chariots par rapport à la
position angulaire de la volute :
Q3.1.1 - Compléter l'échelle de temps du chronogramme pour chaque ligne
verticale. (Détailler les calculs).
Q3.1.2 - Quel type de codeur a été mis en place ?
Q3.1.3 - Déterminer la course de chaque chariot et la course de la barre
par tour.
Q3.1.4 - Décrire le mouvement de la barre.
Q3.1.5 - Compléter l'ensemble du chronogramme en laissant vos lignes de
construction verticales.
Q3.1.6 - Déterminer le temps de passage du serrage d'un chariot à l'autre.
Q3.1.7 - Quelle(s) caractéristique(s) technique(s) explique(nt) que le
temps de sortie des vérins est plus long que le temps de rentrée ?
Q3.1.8 - D'après l'analyse de l'ensemble des données techniques et du
chronogramme théorique, déterminer et classer les hypothèses de
pannes les plus probables en les justifiant. Q3.2 - Sur le BF2 du schéma hydraulique, donner le nom du composant 2V3,
son fonctionnement et son utilité dans le circuit.
Les vérins de serrage sur chaque chariot sont des vérins pneumatiques C125-
course 50- C12P.
La pression en aval du FRL est de 7 bars
L'effort de serrage doit être augmenté de 15%
Pour des raisons d'encombrement et de pression pneumatique qui ne peuvent
évoluer, on va remplacer les vérins actuels par des vérins hydrauliques de
même course. On choisira le diamètre de tige se rapprochant le plus du
taraudage de l'embout de tige. On se raccordera sur une centrale
hydraulique existante, la pression délivrée par la centrale est de 50 bars,
mais l'étude a montré qu'avec 20 bars de pression disponible sur les
vérins, le gain est obtenu. Q3.3 - En analysant le mode de fixation sur le schéma cinématique et en
vous aidant du DT9, indiquer pour le nouveau vérin hydraulique :
Le diamètre du piston
Le diamètre de la tige
La course
Le mode de fixation avant
Le type du vérin en fonction de la fixation arrière Vous devez intégrer les deux vérins hydrauliques sur l'installation
existante. Les BF3 et BF2 restent inchangés. Q3.4 Définir un bloc foré multiple BF1, intégrant les deux distributeurs
monostables à centre fermé des vérins de serrage, en plus du vérin
pince enfilage. Vous choisirez les blocs forés, avec orifices
récepteurs latéraux. Il a été décidé de remplacer le groupe motopompe afin d'adapter son débit
aux nouveaux actionneurs.
L'augmentation de la consommation suite au rajout des 2 vérins est de 8
l/min. Déterminer le nouveau groupe motopompe :
Vous préciserez :
Q3.5.1 - la technologie de la pompe sélectionnée et la justifierez
Q3.5.2 - La référence de la pompe
Q3.5.3 - La puissance du moteur
Q3.5.4 - La fréquence du courant
Q3.5.5 - La vitesse rotation moteur
Q3.5.6 - La pression maxi pompe Afin d'éviter le marquage des barres, on décide de conditionner la pression
de serrage de la barre au diamètre de celle-ci.
L'étude nous conduit à installer :
1. Un réducteur de pression proportionnel par vérin avec l'amplificateur
adapté ; 2. Un capteur de pression analogique par vérin ; Sachant que :
- Les cartes d'entrée et de sortie analogiques API reçoivent et
délivrent des signaux 0-10V
- Les réducteurs de pression seront montés sur une plaque sandwich
avec connecteur dirigé vers le haut
- La pression nécessaire au serrage : 20 bars, correspond au diamètre
maxi de 34mm.
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