Correction des exercices sur l'ouvre-porte motorisé, Exercices de Analyse circuit électriques. Ecole polytechnique universitaire de Lille
Marcel90
Marcel9022 April 2014

Correction des exercices sur l'ouvre-porte motorisé, Exercices de Analyse circuit électriques. Ecole polytechnique universitaire de Lille

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Exercices de technologies industrielles sur l'ouvre-porte motorisé. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Barème détaillé, l'analyse globale du système, la validation des vitesses de fermeture/ouverture.
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Microsoft Word - CORRIGE- BAREME SUJ A OP_ SI 2010 .doc

Corrigé 1 sur 11 OUVRE-PORTE SUJET A

CORRIGE SUJET A

OUVRE-PORTE MOTORISE

Barème détaillé Total /60

Etude n°1 /18

Q1-1 2 Q1-2 2 Q1-3 4 Q1-4 4 Q1-5 6

Etude n°2 /21

Q2-1 5 Q2-2 4 Q2-3 4 Q2-4 5 Q2-5 3

Etude n°3 /15

Q3-1 4 Q3-2 5 Q3-3 4 Q3-4 2

Etude n°4 /6 Q4-1 2 Q4-2 2

Corrigé 2 sur 11 OUVRE-PORTE SUJET A

ETUDE 1 : ANALYSE GLOBALE DU SYSTEME

Question 1.1 : Voir le DR1 corrigé Question 1.2

Question 1. 3 : 167 * 32 = 5344 impulsions par minute soit 89 impulsions en 1s ou 1069 impulsions en 12 s Question 1. 4 : Accélération pendant 0,25 s : θ = ½ a.t² = ½ v.t = ½ . 8.3 *0,25 = 1 tour soit Na = 32 impulsions Décélération pendant 1,5 s soit v = a.t a = ( 8,3 – 1,16)/1,5 =4,76 tr/s² 5.35 tr soit Nd = 171 impulsions Nm = 8.3 * 3.25 *32 = 867 impulsions Nc = Nm + Na+ Nd = 1070 impulsions Question 1. 5 : Voir le DR2 corrigé L’intérêt de ce mode de fonctionnement est de ne pas devoir placer de capteurs fin de courses sur le système et aussi de permettre une reprogrammation automatique des accélérations et décélérations en cas de modification (volontaire ou involontaire) de l’angle d’ouverture.

ETUDE 2 : VALIDATION DES VITESSES DE FERMETURE/OUVERTURE Question 2.1 - Rapport cyclique = 4,2 / 46 = 0,09 - UM = rapport cyclique * UMmax = 0,09 * 38 = 3,46 V - E = UM – r.I = 3,46 – 1*1,2 = 2,26 V

Sur la courbe de dimensionnement donnée par le constructeur, on peut voir que le point de coordonnées (1m20 ;40kg) est bien situé dans une zone permettant un usage intensif permettant jusqu’à 600 cycles par jour, ce qui est supérieur aux 400 cycles demandés. Le système est donc bien dimensionné.

Corrigé 3 sur 11 OUVRE-PORTE SUJET A

- = E/K = 2,26/0,392 = 5,76 rd/s soit Nm= 55 tr/mn - Rapport de transmission = 1/60 – NRéducteur : Nm / 60 = 0,9 tr/mn Question 2.2 : - Quelle est la nature du mouvement du bras moteur par rapport au mur ?

Mouvement de rotation autour de E - En déduire la direction du vecteur vitesse du point D appartenant au bras moteur par rapport au mur (VD Bras moteur/mur).

Direction perpendiculaire à [ED] - Calculer la norme de VD Bras moteur/mur.

|| VD Bras moteur/mur || = ED x ω réducteur = 0,323 x (0,91x2π/60) = 0,03 m/s = 30 mm/s

- Représenter graphiquement, sur le document réponse 3, le vecteur VD Bras moteur/mur. Question 2.3 - Quelle est la nature du mouvement du bras B par rapport au mur ?

C’est un mouvement plan - Montrer que VD Bras moteur/mur = VD Bras B/mur.

VD Bras moteur/mur = VD Bras moteur/Bras B + VD Bras B/mur Or VD Bras moteur/Bras B = £0 car D est le centre de la liaison pivot parfaite.

Donc VD Bras moteur/mur = VD Bras B/mur

- Montrer que VB Bras B/mur = VB porte/mur VB porte/mur = VB porte/Bras B + £VB Bras B/mur Or

VB porte/Bras B = 0 car B est le centre de liaison pivot parfaite.

Donc VB porte/mur = VB Bras B/mur

Question 2.4 : - Quelle est la nature du mouvement de la porte par rapport au mur ?

Mouvement de rotation autour de A - En déduire la direction du vecteur VB porte/mur.

Direction perpendiculaire au rayon AB. - Tracer le support du vecteur VB porte/mur sur le document réponse DR3.

Corrigé 4 sur 11 OUVRE-PORTE SUJET A

- Déterminer graphiquement le vecteur VB porte/mur sur le document réponse DR3. En utilisant l’équiprojectivité des vecteurs vitesses VD Bras B/mur et VB Bras B/mur on trouve ||VB porte/mur || = 30 mm/s Question 2.5 : - Calculer la vitesse de rotation minimale de la porte dans la phase de fermeture. ||VB porte/mur || = 30 mm/s = AB x ω porte = 0,43 x ω porte D’où ω porte = 0,03/0,43 = 0,069 rad/s soit 4°/s - Celle-ci est-elle conforme aux données du tableau figure 1 (page 3)?

Oui, cela est conforme aux données du tableau.

ETUDE 3 : VALIDATION DU COUPLE MOTEUR

Question 3.1(sur feuille de copie et document réponse DR4) - Isoler le bras B et faire le bilan des actions mécaniques

B porte > Bras B D Bras moteur > Bras B

- Ecrire le PFS (Principe Fondamental de la Statique)

B porte > Bras B + D Bras moteur > Bras B = £0 - En déduire les directions des actions mécaniques en B et D.

Direction des forces : la droite (BD) Question 3.2(sur feuille de copie et document réponse DR4) - Isoler la porte et faire le bilan des actions mécaniques.

F Corps > porte

150N

B bras B > porte

(BD) ? ? 275N

A mur > porte

? ? ? 175N

- Sur le document DR4, représenter l’effort résultant du contact entre le corps et la porte. L’intensité de cet effort correspondra à l’effort maximum tolérable donné par la norme DIN 1850-1, c'est-à-dire 150N. - Ecrire le PFS.

F Corps > porte + B brasB > porte + A mur > porte = 0

et les 3 directions de ces forces sont concourantes.

Corrigé 5 sur 11 OUVRE-PORTE SUJET A

- Déterminer graphiquement sur le document DR4 les actions mécaniques s’exerçant en A et B sur la porte. Justifier. Recherche de la direction de A mur > porte puis résolution en traçant la somme des forces. Question 3.3 - Calcul du couple en sortie du réducteur. (sur feuille de copie et document réponse DR5) - Représenter, sur le document réponse DR5, la force s’exerçant en D sur le bras moteur. Préciser sur ce même document la norme de cette force.

||D Bras moteur > Bras B || = || B porte > Bras B || = 275N

- Quelle est la valeur du couple que doit fournir le réducteur pour un effort de 150N entre la porte et l’obstacle dans la zone II ? Justifier votre calcul et représenter sur le document réponse DR5 la (les) mesure(s) dimensionnelle(s) utilisée(s).

Créducteur = d x 275N = 300 x 275 = 82500Nmm = 82,5Nm Question 3.4 - Conclusion. (sur feuille de copie)- Sachant que le couple maximum disponible en sortie du réducteur est de 50 N.m, la norme est-elle respectée ?

La norme est respectée car le motoréducteur peut fournir un couple maximum de 50 Nm. Il ne pourra donc jamais atteindre 82,5Nm et la force ne dépassera pas 150N

au niveau du contact entre porte et objet.

ETUDE 4 : ETUDE DE L’AUTONOMIE Question 4.1- Comment faut-il brancher les 2 batteries (série ou dérivation) ? Justifier. Les 2 batteries doivent être branchées en série afin d’additionner la tension (2*12 = 24 V) - Quelle est alors la capacité en Ah obtenue ? La capacité totale d’une association série de batterie est égale à la capacité d’une batterie soit 2 Ah ici. Question 4.2 - Calculer l’autonomie théorique (en h) du système. Q = I * t t = Q/I = 2 / 1,5 = 1,33h soit 1h20 = 80 minutes = 4800 s - En déduire l’autonomie en nombre de cycles d’ouverture/fermeture obtenue pour :

o une vitesse maximale programmée temps ouverture = temps fermeture = 2s 1 cycle = 4s donc 4800/4 = 1200 cycles

o une vitesse minimale programmée temps ouverture = temps fermeture = 22s 1 cycle = 44s donc 4800/44 = 109 cycles L’autonomie minimale assurée par les batteries est-elle satisfaisante ?

L’autonomie minimale de 109 cycles (<400) n’est pas suffisante pour alimenter le système pendant une journée complète si une vitesse minimale est programmée. On peut cependant considérer qu’une coupure de courant dure rarement toute une

Corrigé 6 sur 11 OUVRE-PORTE SUJET A

journée (surtout en milieu hospitalier) et que les 109 cycles sont donc tout à fait suffisant pour palier temporairement à cette coupure de courant.

Corrigé 7 sur 11 OUVRE-PORTE SUJET A

DOCUMENT REPONSE DR1 - CORRECTION

Détection Blocage actionneur

ACQUERIR TRAITER

Chaîne d’information Modes de fonctionnement (depuis sélecteur de fonctions)

Présence humaine

Ordres de commande

Vers Sélecteur de fonctions

Chaîne d’énergie

CONVERTIR

TRANSMETTRE

Porte en position initiale

Ouvrir/fermer une porte

automatiquement

Porte en position finale

COMMUNIQUER

ALIMENTER

Modulateur d’énergie (hacheur ou pont en

H)

Energie électrique continue Moteur CC

Réducteur et bras articulés

DISTRIBUER

Carte de commande (microcontrôleur)

capteur volumétrique « PAS » + bouton

poussoir

Energie électrique modulée

Energie mécanique de rotation

Energie électrique 230 V ∼ 50/60 Hz

Corrigé 8 sur 11 OUVRE-PORTE SUJET A

N = 0

début

1er cycle d’ouverture ?

Nio = 0

Commande moteur à 167

tr/mn

Blocage moteur ?

Arrêt commande

moteur

Nio = N

fin

Commande ouverture

non

oui

Commande ouverture

N = 0

début

Accélération

N = Na ?

Blocage moteur ?

Vitesse constante

N = Na + Nm ?

Décélération

N = Na + Nm + Nd ?

Approche

Blocage moteur ?

Blocage moteur ?

Blocage moteur ?

fin

DOCUMENT REPONSE DR2

CORRECTION

Corrigé 9 sur 11 OUVRE-PORTE SUJET A

DOCUMENT REPONSE DR3 - CORRECTION

B

E

D

A

£VB porte/mur

£VD Bras moteur/mur

Corrigé 10 sur 11 OUVRE-PORTE SUJET A

DOCUMENT REPONSE DR4

CORRECTION

C1

E

D

B

A

£F

£F

£B bras B > £A mur >

Corrigé 11 sur 11 OUVRE-PORTE SUJET A

DOCUMENT REPONSE DR5 - CORRECTION

B

D

E

d = 65 x 4,6 = 300mm

£D Bras moteur > Bras B

Norme de la force en D :

275N

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