Dossier Sujet - Étude d'un système - Eduscol

DOSSIER TRAVAIL DEMANDE Problématique :
La société FOG commercialise un pont élévateur «FOG Espace 1» d'une
capacité de levage de 1,5 tonnes. A la demande de ses clients, elle
développe un nouveau pont élévateur «FOG Espace 2» d'une capacité de levage
de 3 tonnes, dérivé du précédent.
Les solutions techniques du pont élévateur «FOG Espace 2» restent
similaires à celles du pont élévateur «FOG Espace 1» Extrait du cahier des charges de l'élévateur principal : «FOG Espace 2» :
|Encombrement |Durée |Capacités |
|Hauteur mini |200 mm |Montée |30 s |Charge maxi (kg) |3 000 |
| | |totale | | | |
|Hauteur maxi |1 960 mm |Descente |30 s |Puissance moteur |3.5 |
| | |totale | |électrique (kW) | |
Extrait du cahier des charges de l'élévateur auxiliaire : «FOG Espace 2» :
|Encombrement |Durée |Capacités |
|Hauteur mini |55 mm |Montée |6 s |Charge maxi (kg) |3 000|
| | |totale | | | |
|Hauteur maxi |525 mm |Descente |6 s |Puissance moteur |3.5 |
| | |totale | |électrique (kW) | | La problématique du sujet est de vérifier certaines caractéristiques
techniques du pont «FOG Espace 2», à savoir, le respect de la
réglementation en vigueur et le cahier des charges. L'approche proposée du sujet, en 5 points d'études, est la suivante : - Vérifications de certaines fonctions externes avec le milieu environnant
du pont élévateur «FOG Espace 2» (voir diagramme des interacteurs DP 2) :
- Compatibilité des caractéristiques dimensionnelles du vérin avec celle
de la course verticale de l'élévateur.
- Vitesse d'élévation inférieure à la norme en vigueur.
- Puissance du groupe hydraulique suffisante. - Vérifications de certaines fonctions techniques (voir le FAST partiel
incomplet du DR 1) :
- Résistance et rigidité suffisante du chemin de l'élévateur auxiliaire.
- Résistance mécanique à la pression de certains éléments roulants du
dispositif d'aide au levage. Scénario proposé : -A- COMPREHENSION DU MECANISME -B- ANALYSE MECANIQUE
Partie 1 : Validation des performances
Partie 2 : Vérification de la fiabilité du système
Nota : Il est conseillé au candidat de traiter les questions dans l'ordre
proposé ; toutefois, la majorité d'entre elles sont indépendantes. -A- COMPREHENSION DU MECANISME Question 1 : > sur document réponse DR 1 (voir DT 1 à 5, 7 et DP 2)
Compléter le FAST de la fonction Fp1 relative uniquement à l'élévateur
principal en précisant, dans les rectangles vides, le nom des composants du
«FOG Espace 2» qui satisfont les fonctions techniques décrites.
Question 2 : > sur feuille de copie (voir DT 1, 3 à 4, 7 et DP 2)
Définir la nature des mouvements suivants : Mvt 30/31 et Mvt 57/30.
Nommer la fonction contrainte relative à ces mouvements définie sur le
diagramme des intéracteurs de l'élévateur « FOG Espace 2 ».
Question 3 : > sur feuille de copie (voir DT 1, 3 à 4, 7)
Ci-dessous est donné le schéma cinématique plan de l'un des mécanismes de
ciseaux de l'élévateur principal qui réalisent les fonctions Fp131 et FP134
du DR1. Déterminer le degré d'hyperstatisme de la boucle supérieure composée des 3
liaisons en B, L et E
Question 4 : > sur feuille de copie (voir DT 1, 3 à 4, 7)
Cet hyperstatisme est-il gênant pour le bon fonctionnement du mécanisme.
Argumentez votre réponse.
Question 5 : > sur document réponse DR 2 (voir DT 8)
Le document DT 8 correspond uniquement au schéma hydraulique de l'élévateur
principal. Celui correspondant à l'élévateur auxiliaire est similaire.
Le constructeur utilise la technique des « vérins émetteurs et
récepteurs » (parfois appelés « maître et esclave »). Afin que les deux
tiges des vérins sortent à la même vitesse, le fabricant usine le diamètre
de la tige du vérin émetteur à la demande.
Compléter le tableau de composants hydrauliques en nommant les 5 éléments
du circuit et en précisant leur fonction au niveau de l'élévateur. Question 6 : > sur document réponse DR 3 (voir DT 8)
En se plaçant dans la phase montée de l'élévateur (schéma de gauche),
dessiner le préactionneur « 2V » dans la position qu'il doit occuper, et
indiquer en les entourant, le ou les bobine(s) de pilotage de tous les
composants hydrauliques qui doivent être mises sous tension.
Durant cette phase de montée de l'élévateur, colorier en rouge les zones de
Haute Pression, en vert les zones de Pression Intermédiaires et en bleu les
zones de Basse Pression. On définit par zones, les différentes parties du
circuit et les chambres des vérins. Indiquez par des flèches de même
couleur (rouge, vert, bleu), le sens de circulation du fluide. Question 7 : > sur document réponse DR 3 (voir DT 8)
En se plaçant dans la phase descente de l'élévateur (schéma de droite),
dessiner le préactionneur « 2V » dans la position qu'il doit occuper, et
indiquer en les entourant, le ou les bobine(s) de pilotage de tous les
composants hydrauliques qui doivent être mises sous tension. Durant cette
phase de descente, colorier en rouge les zones de Haute Pression, en vert
les zones de Pression Intermédiaires et en bleu les zones de Basse
Pression. Indiquez par des flèches de même couleur, le sens de circulation
du fluide. Question 8 : > sur document réponse DR 4 (voir DT 2, 4 à 5, 7 et DP 3 à 4).
Sur la rampe horizontale 6 et/ou la rampe inclinée 7, colorier de 3
couleurs différentes les zones approximatives de contact que vous noterez
S1 (avec les galets 4 durant la phase 1), S2 (avec le rouleau 5 durant la
phase 2) et S3 (avec le rouleau 5 également durant la phase 3). Question 9 : > sur document réponse DR 5 (voir DT 2 à 5, 7 et DP 4)
Le document DR 5 présente le mécanisme de ciseaux en phase 3. Le document
DR 6 est l'ébauche du schéma cinématique de l'élévateur principal qui sera
complété question 10.
Colorier sur toutes les vues du dessin d'ensemble du DR 5 les classes
d'équivalence (ou pièces cinématiquement liées). Une couleur différente
sera utilisée pour chaque groupe de pièces :
- Bretelles intérieures de l'élévateur principal 2 en rouge (les
galets 4 appartiennent à cette classe d'équivalence)
- Bretelles extérieures de l'élévateur principal 1 en bleu (avec ses
galets 39)
- Corps du vérin 12 en vert
- Tige 11 en orange (avec les verrous 17 cinématiquement liés à la
tige 11).
- Leviers 3 en marron. Dans un but de simplification, les galets 4 du
système d'aide au levage et le rouleau 5 sont considérés encastrés
avec le levier 3 (placés dans la même classe d'équivalence). Nota : ne pas colorier les chemins de l'élévateur principal 30, ni les
platines d'ancrage 31 et de roulement 19 liées au sol. Question 10 : > sur document réponse DR 6 (voir DT 2 à 5, 7 et DP 4)
Le document DR 6 représente le schéma cinématique plan incomplet de
l'élévateur principal en phase 3.
En se basant sur les hypothèses énoncées à la question 9, compléter avec le
même code de couleur le schéma cinématique plan de l'élévateur principal en
phase 3.
Question 11 : > sur document réponse DR 7 (voir DT 2, 4 à 5, 7)
Lors de la réalisation de l'assemblage, il apparaît que si le sous-ensemble
S = {3; 4; 5; 11; 17; 18; 21; 22; 24; 25; 26; 27; 28; 29} est assemblé, il
ne peut se monter entre les bretelles intérieures 2. En effet, la distance
L2 est supérieure à l'écartement L1 séparant les articulations de leviers 9
qui sont soudés sur 2.
Compléter le graphe de montage de toutes les pièces du sous-ensemble S à
l'intérieur des bretelles intérieures 2.
Nota : Les éléments 24 sont à utiliser plusieurs fois.
-B- ANALYSE MECANIQUE
Partie 1 : Validation des performances Pour les questions 12 et 13, on considère le plan (x, y) comme plan de
symétrie de l'élévateur auxiliaire. Question 12 : > sur document réponse DR 8 (voir DT 6 à 7)
Le concepteur a choisi des vérins auxiliaires (corps 70 + tige 72) qui ont
une course maxi de 150 mm.
On souhaite vérifier graphiquement que cette course est suffisante pour
déplacer verticalement les chemins de l'élévateur auxiliaire sur une
distance de 470 mm (différence entre les deux positions haute et basse d'un
chemin élévateur auxiliaire 57 par rapport au chemin élévateur principal
30).
Sur le document DR 8, l'élévateur auxiliaire est en position fin
d'élévation. - Déterminer graphiquement la position du point H noté Hb quand l'élévateur
est en position basse.
- En déduire la position du point U noté Ub, puis celle du point R noté Rb
quand l'élévateur est en position basse.
- Déterminer alors la course nécessaire du vérin (70 + 72). Conclure. Question 13 : > sur document réponse DR 9 (voir DT 6 à 7, 9)
Une étude sur une maquette numérique a permis au concepteur d'obtenir la
courbe de vitesse d'élévation en fonction de la hauteur d'élévation des
chemins de l'élévateur auxiliaire 57 par rapport aux chemins de l'élévateur
principal 30. Cette vitesse d'élévation est fonction de celle des tiges 72
par rapport au corps 70 des vérins ; cette dernière, constante, est de 19
mm/s pour respecter la durée de la phase d'élévation de 6s (cahier des
charges). Comme pour toute simulation numérique, il faut, avant de l'exploiter,
vérifier que les résultats sont cohérents avec ce que l'on attend. Pour
cela, on décide de vérifier la concordance