ci3 modeliser prevoir et verifier les performances...

PTSI TP2 - POMPE DOSHYDRO CI3 1

TTTRRRAAAVVVAAAUUUXXX PPPRRRAAATTTIIIQQQUUUEEESSS

CI3: MODELISER, PREVOIR ET VERIFIER LES PERFORMANCES CINEMATIQUES DES SYSTEMES

POMPE DOSHYDRO

LES OBJECTIFS DE CE TP SONT DE:

• prévoir les performances cinématiques du système réel à partir de modélisations (loi

E/S théorique, loi E/S simulée numériquement),

• mettre en œuvre un logiciel d’analyse mécanique pour simuler le comportement

cinématique d’un système

• mesurer les performances cinématiques des systèmes à partir d’essais

expérimentaux

• quantifier et analyser les écarts entre performances simulées et réelles

CI3 : MODELISER, PREVOIR ET VERIFIER LES PERFORMANCES CINEMATIQUES DES SYSTEMES


Système souhaité Service attendu

J'ai envie

J'ai besoin

Système réel en utilisation Service réalisé

Système simulé Service simulé

Éca

rt 2

É

cart

1

Éca

rt 3

DEROULEMENT DE LA SEANCE DE TP

• Dans le cas où deux binômes travaillent simultanément sur ce système, il vous

est demandé de vous organiser afin de réaliser vos mesures expérimentales en

alternance

• La première partie et notamment la détermination de la relation E/S théorique

doit IMPERATIVEMENT être traitée avant la séance de TP. Elle ne constitue pas

l’objet de la séance de TP

• La dernière partie constitue la synthèse de votre travail. Elle est essentielle et

ne doit être négligée. Aussi, assurez vous de lui consacrer le temps nécessaire

• Pour indication, voici la durée recommandée pour chaque partie

Durée Séquence

1 : 45 min Partie 2 : Simulation

2 : 45 min Partie 3 : Détermination expérimentale

3 : 60 min Partie 4 : Synthèse



MISE EN SITUATION

PRESENTATION

Le banc d’essai DOSHYDRO, développé par la société HYDRO-TECHNIC met en situation une pompe doseuse

comme celles que l’on peut rencontrer dans des secteurs comme le traitement des eaux, l’industrie

agroalimentaire, l’industrie pharmaceutique, etc. Une telle pompe est utilisée chaque fois qu’un dosage précis

et continu est nécessaire. Elle présente également l’avantage de découpler totalement le fluide transvasé du

mécanisme de transmission de puissance, par un système à membrane. Ce qui est particulièrement intéressant

pour les fluides sensibles que l’on rencontre dans les secteurs cités ci-dessus.

La pompe installée est une pompe DOSAPRO MILTON ROY de type F200.

Elle est entraînée par un moteur électrique LEROY -SOMER 220 V asynchrone de 370 W, de type LS71 P à 4

pôles, tournant à vide à 1500 tr/min sous une alimentation monophasée de 50 Hz.

1 : pompe F200

2 : réservoir 601

3 : éprouvette

4 : vanne d’isolement

5 : ballon amortisseur

6 : manomètre

7 : soupape de retenue

réglable

8 : capteur de déplacement

9 : capteur de pression

10 : vernier de réglage

RECOMMANDATIONS :

� La vanne de vidange (celle de droite) doit toujours rester fermée : ne jamais la manipuler !

� La soupape 7 est utilisée ici pour simuler une résistance du circuit de refoulement. Elle est réglée pour que tout se passe bien. Vous n’avez pas à y toucher lors de ce TP. Vérifier néanmoins que la pression ne dépasse pas 3 bars.



ANALYSE FONCTIONNELLE

DIAGRAMME DES INTERACTEURS

FP1 : Doser du fluide FC1 : Permettre le réglage du débit par l’utilisateur FC2 : S ‘adapter à la pression imposée par le récepteur FC3 : être alimenté en énergie électrique FC4 : Résister au fluide à doser

ACTIGRAMMES SADT A-0 ET A0

Système DOSHYDRO

Fluide à doser Fluide dosé

Utilisateur

Energie électrique

Récepteur

FP1

FC3

FC2

FC1

FC4



DIAGRAMME FAST PARTIEL

Fonction Critères Niveau

Doser un fluide Cylindrée réglable (dose) 0 à 25 cm3

Débit réglable 0 à 240 l/h

Pression de refoulement 2 à 8 bars

Doser un fluide

Résister à la nature chimique du fluide

Pomper et refouler une quantité de

fluide

Alimenter le moteur électrique

Convertir l’énergie électrique en énergie

mécanique

de rotation

Adapter le mouvement de rotation

Relais d’alimentation

Moteur Asynchrone

Système roue vis sans fin

Transformer la rotation en translation

alternative

Excentrique + noix et crosse

Pomper et refouler du fluide

Doseur à membrane

Régler le débit du dosage

Limiter la course de la crosse

Régler la course du coulisseau

Butée + coulisseau

Came en cœur + vernier

Doseur à membrane



1. LOI ENTREE SORTIE THEORIQUE (TRAVAIL PREPARATOIRE IMPERATIF)

Les objectifs de cette partie sont les suivants :

• Analyser le mécanisme étudié et mettre en place un modèle adapté à l’étude cinématique,

• Déterminer la (les) loi(s) entrée sortie théoriques du mécanisme

La chaîne cinématique de la pompe doseuse comporte trois mécanismes distincts :

� Un réducteur roue et vis sans fin de rapport 1/10

� Un mécanisme de transformation de mouvement de rotation continue en

translation rectiligne alternative.

� Un dispositif de réglage de la cylindrée

Dans cette première partie, on ne s’intéressera qu’au mécanisme de transformation de mouvement, sans se

préoccuper du dispositif de réglage de la cylindrée.

MODELISATION CINEMATIQUE DU MECANISME

Afin d’étudier le comportement cinématique du système, on propose le schéma cinématique minimal plan

suivant :

QQ11.. Distinguer les paramètres variables (dépendants du temps) et constants du système définis sur la

figure paramétrée ci dessus.

QQ22.. Justifier la représentation plane du mécanisme pour l’étude du système. Donnez le graphe des liaisons

2D de ce mécanisme. Justifier les modèles de liaisons choisis (observez le mécanisme réel ainsi que la

maquette numérique) .

QQ33.. Donner les plages de variation en fonctionnement de x et θ.

y��

A

O x�

Bâti

Noix

37

Ensemble

Crosse + Coulisseau θ

( )x t

1

��

y Excentrique

52

r

A’

r



DETERMINATION DE LA RELATION ENTREE/SORTIE

On note OA = R = 7,5 mm. On appelle x(t) le déplacement du coulisseau.

QQ44.. Montrer que : ( ) (1 cos )x Rθ = − θ si on choisit : ( ) 0 ( ) 0 0x t et x t si θ≥ = = (inverser le

sens de x�

)

QQ55.. Quelle est la course du piston par rapport au bâti ?

On note ω (144 tr/min) la vitesse de rotation de la roue excentrique / bâti.

QQ66.. Quelle est alors l’expression de la vitesse du piston ( )θv par rapport au bâti ?

QQ77.. Tracer l’allure de l’évolution de ( )x θ et ( )v θ en fonction du temps, pour deux ou trois allers et

retours.

TRACE DE LA LOI E/S AVEC EXCEL

� Avec Excel, tracer les relation ( )=x f θ et ( )= f θv sur la plage d’évolution du mécanisme

PRISE EN COMPTE DU DISPOSITIF DE REGLAGE DE LA COURSE DU PISTON On donne le schéma cinématique du mécanisme complet, intégrant le dispositif de réglage de la course du

piston, dont on souhaite tenir compte dans la suite de l’étude.

QQ88.. En déduire alors les nouvelles courbes lorsqu’il y a contact entre la goupille 018 et la came 023.

Le débit moyen de la pompe est le volume débité par la pompe pendant un temps donné. On décide de noter S

la section utile de la membrane du doseur monté sur la pompe. On appelle aussi cylindrée de la pompe le

volume débité par la pompe pendant un tour complet de la roue excentrique 052A.

QQ99.. Quelle est l’expression de la cylindrée Vp de la pompe (préciser les unités) ?

QQ1100.. Quelle est l’expression du débit moyen Qm de la pompe (préciser les unités) ?

Le débit instantané de la pompe est le produit de la vitesse du coulisseau par la section du coulisseau.

QQ1111.. Quelle est l’expression du débit instantané ( )q θ de la pompe (préciser les unités) ?

QQ1122.. Tracer l’évolution de ( )q θ et indiquer alors comment on peut déterminer Qm sur cette courbe.

(*) Goupille 018

Came 023

Réglage

Coulisseau 010

Crosse 012

Noix 037

Excentrique 052A Arbre

moteur

Z

X

Y



2. LOIS ENTREE-SORTIE SIMULEES DE LA POMPE

L’objectif de cette partie est le suivant :

• Mettre en œuvre un logiciel d’analyse mécanique pour déterminer les relations E/S géométrique et

cinématique simulées du mécanisme étudié

SIMULATION NUMERIQUE DU COMPORTEMENT CINEMATIQUE

� Lancer Solidworks et activer le module de simulation Motionworks (Outils/Compléments)

� Ouvrir la maquette numérique du système sous Solidworks

� Assurez vous de la correspondance des différentes grandeurs dimensionnelles avec celles du

système réél

� A l’aide de Motionworks simuler le comportement cinématique du mécanisme

� Visualiser les résultats dans le grapheur de sortie puis exporter les grandeurs souhaitées sous

Excel (on s’intéresse à l’évolution de ( )=x f θ et de sa grandeur dérivée v x= � )

� Tracer les évolutions de ( )=x f θ et de sa grandeur dérivée v x= �

3. LOI GEOMETRIQUE ENTREE-SORTIE EXPERIMENTALE DU MECANISME

L’objectif de cette partie est le suivant :

• Déterminer expérimentalement les relations entrée sortie du mécanisme

La chaîne de mesure utilisée pour connaître la position du piston 010 de la pompe et la pression de

refoulement comporte :

� un capteur potentiométrique alimenté par une alimentation stabilisée placée dans le coffret de

commande de la pompe doseuse. Ce capteur délivre une tension variant de 0 à 5 volts qui

représente la position de la tige mobile, liée au piston 010, par rapport au corps du capteur. La

sensibilité du capteur est égale à 0,2 V/mm.

� un capteur de pression qui indique la pression dans le circuit de refoulement (entre le clapet de

sortie et la soupape de retenue). Sa sensibilité est égale à 0,5 V/bar.

� la carte d’acquisition Digimétrie pilotée par un logiciel qui traduit sous forme graphique les

tensions envoyées par les capteurs.

MANIPULATION : ETUDE EXPERIMENTALE DE LA LOI ENTREE SORTIE GEOMETRIQUE

� En consultant le Document Ressources intitulé « Mesures avec la carte Digimétrie », acquérir les

courbes de déplacement du piston 010.

� Si possible, renouveler la procédure afin de disposer de plusieurs relevés de mesure

� Sous Excel, tracer la relation expérimentale ( )θ=x f , du mécanisme.

� En utilisant l’approximation numérique i 1 ii i

i 1 i

x(t ) x(t )v(t t ) x(t t )

t t+

+

−= = =

−

� � , tracer l’évolution de la

vitesse v



4. SYNTHESE DE L’ETUDE

� Sur un même graphique, représenter les différentes lois obtenues précédemment. Au besoin on

recalera les origines afin de pouvoir comparer les courbes.

� A l’aide d’Excel, calculer en chaque point les différents écarts, en absolu et en relatif.

� Tracer les courbes d’évolution associées

QQ1133.. Commentez vos résultats. Proposez une interprétation des éventuels écarts.

QQ1144.. Les écarts constatés sont-ils significatifs ? Peut-on valider les modèles (théoriques/numériques)

adoptés pour l’étude



Doc. Annexe 1a Identification des composants



Doc. Annexe 1b Identification des composants

Cro

sse 3

C



Doc. Annexe 2 Dessin d’ensemble

ci3 modeliser prevoir et verifier les performances...

Documents