DÉPARTEMENT DES SCIENCES APPLIQUÉES ÉCHANTILLONNEUR AUTOMATIQUE POUR CAMIONS PROJET ÉLECTROMÉCANIQUE INTERMÉDIAIRE DANS LE CADRE DU PROGRAMME DE BACCALAURÉAT EN GÉNIE ÉLECTROMÉCANIQUE Présenté par : M. Francis DROLET M. François BRETON Superviseurs : M. Nahi KANDIL, ing. Ph.D., professeur, UQAT M. Fouad SLAOUI-HASNOUI, ing. Ph.D., professeur, UQAT Représentant industriel: Me. Paule BARRETTE ing. Xstrata Copper Fonderie Horne AVRIL 2008
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DÉPARTEMENT DES SCIENCES APPLIQUÉES
ÉCHANTILLONNEUR AUTOMATIQUE POUR CAMIONS
PROJET ÉLECTROMÉCANIQUE INTERMÉDIAIRE DANS LE CADRE DU
PROGRAMME DE BACCALAURÉAT EN GÉNIE ÉLECTROMÉCANIQUE
Présenté par : M. Francis DROLET
M. François BRETON
Superviseurs : M. Nahi KANDIL, ing. Ph.D., professeur, UQAT
M. Fouad SLAOUI-HASNOUI, ing. Ph.D., professeur,
UQAT
Représentant industriel: Me. Paule BARRETTE ing. Xstrata Copper Fonderie Horne
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Remerciements
Ce rapport résume notre démarche de conception d’un mécanisme échantillonneur, que nous
avons créé au cours de la session hiver 2008. Sans l’aide précieuse de plusieurs collaborateurs,
ce travail aurait été impossible à accomplir et nous désirons témoigner notre reconnaissance à
toutes ces personnes.
Tout d’abord, on remercie Xstrata fonderie Horne pour nous avoir donné la chance de
relevé un tel défi. La superviseure de projet Me. Paule Barrette ing, M. Benoît Pelletier ing, M.
Daniel Armstrong et tout le monde qui a participé de près ou de loin à la réalisation de ce
rapport. Votre disponibilité et un support technique efficace nous ont été très utiles.
Merci aux professeurs, M. Fouad Slaoui Hasnaoui, ing. Ph.D. et Nahï Kandil ing. Ph.D.
qui ont suivi l’élaboration du travail depuis ses tout débuts pour leur supervision. M. Marin Éné
ing. Ph.D. pour son expertise en mécanique. Son apport lors de l’élaboration des concepts a
grandement accéléré notre progression.
Nous voulons aussi remercier nos familles, amis et tous nos partenaires des
baccalauréats en génie de l’université du Québec en Abitibi-Témiscamingue qui nous ont
supportés.
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Résumé
Dans ses règles de contrôle, Xstrata Cuivre inc. échantillonne toutes les remorques de
concentré tirées par camions destinés à la fonte. Cette tâche est effectuée par un travailleur, elle
exige un contact direct avec le concentré et un effort physique important.
Le but de ce projet intermédiaire en génie électromécanique est de concevoir un
mécanisme qui effectue cette tâche. La prise d’échantillon requiert un mouvement linéaire
normal au plan du sol. La première étape consiste à générer ce mouvement, puis par la suite à
implanter un dispositif qui permet la prise et le déversement de l’échantillon. Nous avons
élaboré un concept qui nous semble, en théorie, fonctionnel. Avec la poursuite du projet en
recherche et développement, l’automatisation du processus d’échantillonnage est possible.
Ainsi, il sera l’entreprise sera en mesure de procédé à l’échantillonnage des camions
indépendamment des contraintes imposés par la main d’œuvre.
Abstract
Following its own control norms, Xstrata Copper inc. is sampling every trailer of concentrate
designated to the melting process. This task is accomplished by a worker, it implicates direct
contact with the concentrate and requires an important physical effort.
The objective of this intermediate project in electromechanical engineering is to create a
mechanism the reproduces this task. The sampling requires a linear movement normal to the
ground plane. The first step consists in generating this movement, than to integrate a disposal
that can take and drop the sample. We have created a concept that seems, in theory, to be
functional. With more research and development into this precise subject, the complete
automation of the sampling process is possible. Accordingly, it will further be possible for the
enterprise to proceed to the sampling without all the constraints imposed by a worker.
1.2 Le hangar : ...................................................................................................................... 2
1.3 Les camions .................................................................................................................... 3
1.4 La méthode d’échantillonnage ...................................................................................... 4
1.5 L’échantillonneur des wagons ....................................................................................... 6
1.6 Mandat principal ............................................................................................................ 6
CHAPITRE 2 : ANALYSE DES SOLUTIONS ................................................. 8
2.1 Solution avec vérins linéaires et pont roulant ............................................................. 8 2.1.1 Pont roulant ............................................................................................................................... 8 2.1.2 Système hydraulique ................................................................................................................. 9 2.1.3 Vérins linéaires ....................................................................................................................... 10 2.1.4 Procédure d’échantillonnage .................................................................................................. 11 2.1.5 Avantages et inconvénients .................................................................................................... 12
2.2 Solution avec vérins rotatifs et bras à mouvement linéaire ..................................... 12 2.2.1 Bras linéaire ............................................................................................................................ 12 2.2.2 Tête rotative du bras ............................................................................................................... 13 2.2.3 Vérin rotatif à palette ............................................................................................................. 14 2.2.4 Vérins rotatifs à pignon et crémaillères ................................................................................... 15 2.2.5 Procédure d’échantillonnage .................................................................................................. 15 2.2.6 Avantages et inconvénients .................................................................................................... 16
2.3 Critères de décision ...................................................................................................... 16
2.4 Évaluation des différentes solutions ........................................................................... 17
3.1 Analyse cinématique du mouvement du bras ........................................................... 18 3.1.1 Positions des différents points du mécanisme ........................................................................ 18
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3.1.2 Positions des différents points du mécanisme ........................................................................ 27 3.1.3 Vitesse des points F et G du mécanisme ................................................................................ 28 3.1.4 Accélération des points F et G du mécanisme ........................................................................ 29
3.2 Conception de la tête rotative ...................................................................................... 30 3.2.1 Couplage vérin rotatif et disque .............................................................................................. 30 3.2.2 Palier lisse et arbre rotatif ....................................................................................................... 31 3.2.3 Support à ressort ..................................................................................................................... 35 3.2.4 Boîtier ..................................................................................................................................... 41 3.2.5 Marteau pneumatique ............................................................................................................. 42 3.2.6 Poids du mécanisme et forces induites ................................................................................... 42
3.3 Conception du bras à mouvement linéaire ................................................................. 43 3.3.1 Dimensionnement des membrures .......................................................................................... 43 3.3.2 Couple nécessaire au moteur .................................................................................................. 47
3.4 Grafcet et schéma hydraulique de la solution:........................................................... 49 3.4.1 Grafcet niveau 1 de la solution : .............................................................................................. 49 3.4.2 Schéma hydraulique simpliste de la solution : ......................................................................... 50
CHAPITRE 4 : CHOIX DES ÉQUIPEMENTS ............................................... 51
4.1 Tête rotative ................................................................................................................. 51 4.1.1 Choix du moteur de la tête rotative ......................................................................................... 51 4.1.2 Choix du marteau pneumatique .............................................................................................. 54 4.1.3 Choix du matériau de la pipe d’échantillonnage ..................................................................... 55 4.1.4 Choix des types de ressorts pour amortir les impacts du marteau .......................................... 56
4.2 Bras à mouvement linéaire ......................................................................................... 56 4.2.1 Choix du moteur d’entrainement du bras ............................................................................... 56 4.2.2 Choix du matériau des membrures ......................................................................................... 57
CHAPITRE 5 : CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS ...................... 58
5.1 Santé et sécurité ........................................................................................................... 58
ANNEXES ............................................................................................................ 61 ANNEXE A : Procédures de la station d’échantillonnage ................................................................... 62 ANNEXE B : Plans et photos de la station d’échantillonnage pour camions ....................................... 87 ANNEXE C : Plans de l’échantillonneur automatique pour wagons ................................................. 106 ANNEXE D : Script Matlab ............................................................................................................... 112 ANNEXE E : Fiches techniques ......................................................................................................... 119 ANNEXE F : Dessins Inventor ........................................................................................................... 131
Liste des figures
FIGURE 1.1: LA FONDERIE HORNE ..................................................................................................................... 1 FIGURE 1.2: HANGAR D'ÉCHANTILLONNAGE ................................................................................................. 3 FIGURE 1.3: ESCALIER RÉTRACTABLE .............................................................................................................. 4 FIGURE 1.4: MARTEAU PNEUMATIQUE ET PIPE D’ÉCHANTILLONNAGE .................................................. 5 FIGURE 1.5:EXEMPLE D'ÉCHANTILLONNAGE DE TYPE PIPE ....................................................................... 5
FIGURE 2.1.1:MODÉLISATION D’UN PONT ROULANT SE DÉPLAÇANT AU DESSUS D’UN CAMION
DANS LE HANGAR ........................................................................................................................................ 8
FIGURE 2.1.2:VUE DE COUPE D’UN GROUPE HYDRAULIQUE ...................................................................... 9
FIGURE 2.1.3: VUE DE COUPE D’UN VÉRIN À PISTON .................................................................................. 10
FIGURE 2.1.4: SCHÉMATISATION DU MOUVEMENT SYNCHRONISÉ DES VÉRINS ................................ 11
FIGURE 2.2.1: SIMULATION AVEC WORKING MODEL DU MÉCANISME DÉVELOPPANT UN
MOUVEMENT LINÉAIRE ............................................................................................................................ 12
FIGURE 2.2.2: EMPLACEMENT DE LA TÊTE ROTATIVE ............................................................................... 13
FIGURE 2.2.3: SEGMENTATION MULTI-PIÈCES DE LA TÊTE ....................................................................... 14
FIGURE 2.2.4: VUES EN COUPE D’UN VÉRIN ROTATIF À PALETTE ........................................................... 14
FIGURE 2.2.5: VUE EN COUPE D’UN VÉRIN ROTATIF À CRÉMAILLÈRES ................................................ 15
FIGURE 3.1.1: SCHÉMA CINÉMATIQUE DU BRAS À MOUVEMENT LINÉAIRE ........................................ 18
FIGURE 3.1.2: REPRÉSENTATION STRUCTOMATIQUE DES DIFFÉRENTS ÉLÉMENTS DU BRAS ........ 20
FIGURE 3.1.3: REPRÉSENTATION STRUCTOMATIQUE COMPLÈTE DU MÉCANISME ............................ 22
FIGURE 3.1.4: SCHÉMA MULTIPOLAIRE DU MÉCANISME ........................................................................... 22
FIGURE 3.1.5: REPRÉSENTATION CINÉMATIQUE DU MOTO-ÉLÉMENT (1) ............................................. 23
FIGURE 3.1.6: REPRÉSENTATION CINÉMATIQUE DE LA DYADE FORMÉE PAR LES ÉLÉMENTS
3 ET 4 .............................................................................................................................................................. 24
FIGURE 3.1.7: REPRÉSENTATION CINÉMATIQUE DE LA DYADE FORMÉE PAR LES ÉLÉMENTS
2 ET 7 .............................................................................................................................................................. 25
FIGURE 3.1.8: REPRÉSENTATION CINÉMATIQUE DE LA DYADE FORMÉE PAR LES ÉLÉMENTS
5 ET 6 .............................................................................................................................................................. 25
FIGURE 3.1.9: GRAPHIQUE DE LA POSITION DU MÉCANISME POUR DES VALEURS DE POSITION DU
MOTEUR DE 0 À 360º ................................................................................................................................... 27
FIGURE 3.1.10: GRAPHIQUE DE LA POSITION DU MÉCANISME POUR DES VALEURS DE POSITION
DU MOTEUR DE 0 À 180º ............................................................................................................................ 28
FIGURE 3.1.11: GRAPHIQUE DE LA VITESSE DE L’EXTRÉMITÉ DU BRAS POUR UNE VITESSE DE
MOTEUR DE 45º/SECONDES ...................................................................................................................... 29
FIGURE 3.1.12: GRAPHIQUE DE L’ACCÉLÉRATION DE L’EXTRÉMITÉ DU BRAS POUR UNE VITESSE
DE MOTEUR DE 45º/SECONDES ................................................................................................................ 29
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FIGURE 3.2.1: REPRÉSENTATION DE LA CONCEPTION DE LA TÊTE ROTATIVE .................................... 30
FIGURE 3.2.2: TYPE D’ARBRE DU VÉRIN ROTATIF DE LA TÊTE ................................................................ 30
FIGURE 3.2.3: VARIATION DU COEFFICIENT DE FROTTEMENT EN FONCTION DU RAPPORT µN/P .. 31
FIGURE 3.2.4: VUE D’ENSEMBLE DU SUPPORT À RESSORTS ..................................................................... 35
FIGURE 3.2.5: DIMENSIONS D’UNE SOUDURE D’ANGLE ............................................................................. 39
FIGURE 3.2.6: VUE EN EXPLOSION DU BOITIER DE LA TÊTE ROTATIVE ................................................ 41
FIGURE 3.2.7: VUE DE COUPE D’UN MARTEAU PNEUMATIQUE ............................................................... 42
FIGURE 3.3.1: REPRÉSENTATION DU MÉCANISME PAR RAPPORT AU CAMION ................................... 44
FIGURE 3.3.2: RÉPARTITION DES FORCES SUR LA MEMBRURE 4 ............................................................. 45
FIGURE 3.3.3: VUE EN COUPE DE LA SECTION DE LA MEMBRURE 4 ....................................................... 46
FIGURE 3.3.4: FIGURE 3.3.4 : DÉCOMPOSITION DES FORCES AGISSANT SUR LES MEMBRURES
4 ET 5 .............................................................................................................................................................. 47
FIGURE 3.4.1: GRAFCET DE NIVEAU 1 DE LA SÉQUENCE D’ÉCHANTILLONNAGE ............................... 49
FIGURE 3.4.2: SCHÉMA HYDRAULIQUE SIMPLISTE DE LA SOLUTION .................................................... 50
FIGURE 4.1.1: VUE EN COUPE DU VÉRIN ROTATIF CHOISI ......................................................................... 52
FIGURE 4.1.2: REPRÉSENTATION DES DIMENSIONS DU VÉRIN ROTATIF ............................................... 52
FIGURE 4.1.3: REPRÉSENTATION DES DIMENSIONS DE LA FIXATION .................................................... 53
FIGURE 4.1.4: REPRÉSENTATION DES DIMENSIONS DE L’ARBRE DU VÉRIN ........................................ 54
Liste des tableaux
TABLEAU 2.3.1: MATRICE DE DÉCISION ......................................................................................................... 16
TABLEAU 3.1.6 : TABLEAU DES ÉLÉMENTS CINÉMATIQUES DU BRAS .................................................. 19
TABLEAU 3.1.1: TABLEAU DES ÉLÉMENTS CINÉMATIQUES DU BRAS ................................................... 19
TABLEAU 3.1.2 : TABLEAU DES LIAISONS COMPLEXES DU BRAS DÉCOMPOSÉES EN LIAISONS
TABLEAU 3.2.2: PROPRIÉTÉS, MASSE ET POIDS DE LA TÊTE ROTATIVE ................................................ 43
TABLEAU 4.1.1 : CARACTÉRISTIQUES PRINCIPALES DU VÉRIN ROTATIF CHOISI ............................... 52
TABLEAU 4.1.2: DIMENSIONS DU VÉRIN ROTATIF ....................................................................................... 53
TABLEAU 4.1.3 : DIMENSIONS DE LA FIXATION DU VÉRIN ....................................................................... 53
TABLEAU 4.1.4: DIMENSIONS DE L’ARBRE DU VÉRIN ................................................................................ 54
TABLEAU 4.1.5 : CARACTÉRISTIQUES PRINCIPALES DU VIBRATEUR À IMPACT ................................. 54 TABLEAU 4.1.6: DIMENSIONS DU VIBRATEUR À IMPACT PNEUMATIQUE ............................................ 55
TABLEAU 4.2.1 : CARACTÉRISTIQUES PRINCIPALES DES VÉRINS CHOISIS POUR LE BRAS .............. 56
TABLEAU 4.2.2 : DIMENSIONS DES VÉRINS ROTATIFS DU BRAS .............................................................. 56 TABLEAU 4.2.3 : DIMENSIONS DES FIXATIONS DES VÉRINS DU BRAS ................................................... 57 TABLEAU 4.2.4 : DIMENSIONS DE L’ARBRE DES VÉRINS DU BRAS ......................................................... 57
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CHAPITRE 1 : ÉTUDE DES BESOINS ET
ÉLABORATION DU MANDAT
1.1 Introduction
Le projet est soumis par Xstrata Fonderie Horne. La fonderie est située au nord de la
ville de Rouyn-Noranda, plus précisément au 101 avenue Portelance. L’entreprise est au cœur
du moteur économique régional. À plus grande échelle, Xstrata est une entreprise minière
d’envergure mondiale. La compagnie est basée dans la ville de Zoug en Suisse, ses actions sont
listées à la bourse de Londres et de Zürich. Ses activités s’étendent dans de multiples pays
dont l’Australie, l‘Argentine, la Colombie, l’Allemagne, le Pérou, l’Afrique du Sud, l’Espagne,
le Royaume-Uni et bien sur le Canada. En 2006, environ 50 000 personnes étaient employées
par Xstrata, incluant les contracteurs. Les opérations de la fonderie Horne consistent en la
récupération de métaux précieux à partir des résidus de consommation broyés provenant d’un
peu partout en Amérique du Nord. Sous forme de poudre granuleuse, le concentré est traité
pour en extraire le cuivre entre autres. Un autre département gère les résidus recyclés qui sont
aussi fondus pour les métaux de valeurs qu’ils contiennent.
Figure 1.1: La fonderie Horne
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Notre Projet relève du département de qualité & échantillonnage du concentré qui est
livré à l’entreprise. Le mandat de ce département est de vérifier si le contenu des chargements
est conforme à l’entente qui lie Xstrata avec l’expéditeur. Afin de parvenir à contrôler les
matières acheminées au concentrateur, le concentrateur étant l’étape où le concentré est fondu à
très haute température, un échantillonnage systématique de tous les voyages de concentré qui
entre dans le procédé est effectué. Il existe deux modes de transport de concentré soit par train
dans des conteneurs-wagons et par camion à l’intérieur de remorques. Notre projet cible
l’échantillonnage des camions. Un système automatisé est déjà installé pour les wagons, ceux-
ci étant de taille égales et uniformes, ils se conforment mieux à l’automatisation que les
camions, qui prennent plusieurs formes différentes.
L’objectif final de l’entreprise est de concevoir un système complètement automatisé
pour l’échantillonnage des camions. Ainsi la tâche ardue et répétitive de la prise d’échantillon
manuelle serait éliminée. Le nouveau procédé sera plus rapide, plus efficace et à long terme
moins dispendieux par tonne de concentré échantillonnée.
1.2 Le hangar
La station d’échantillonnage est une bâtisse donc l’existence est reliée au procédé. À chaque
embout de la station se trouve des portes de grandes dimensions, 14pi x 14pi, pour permettre le
passage des camions. Ceux-ci entrent par la porte orientée nord-est. Une passerelle de 11pi 8po
de haut avec 44pi de long est installée sur la droite du hangar. De cette passerelle, il y a deux
escaliers rétractables par mécanisme hydraulique qui fournissent un passage très sécuritaire aux
travailleurs à l’intérieur de la remorque. Dans le but de faciliter le transport des chaudières de
concentré, un système à contrepoids est installé pour les descendre de la passerelle sans avoir à
les transporter dans l’escalier.
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Figure 1.2: Hangar d'échantillonnage
1.3 Les camions
Les camions contenant le matériau destiné à l’échantillonnage ne sont pas tous semblables. En
effet, ceux-ci peuvent être de plusieurs dimensions de même que les remorques peuvent être
simples ou doubles. Par contre, il est clair que tous les camions qui passent par
l’échantillonnage doivent respecter des normes de hauteur, longueur, largeur et de poids
maximal établies par le ministère des transports. Selon les données recueillies (voir annexes),
les remorques contenant du concentré ont actuellement une hauteur de 3.2 mètres.
L’échantillonneur devra donc être conçu afin de pouvoir non seulement recueillir des
échantillons à l’intérieur de ces remorques mais aussi être assez polyvalent pour s’adapter à des
camions ayant des hauteurs quelque peu différentes.
Porte d’entrée
des camions Passerelle
Escalier
rétractable
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1.4 La méthode d’échantillonnage
La première opération effectuée consiste à aplanir la surface du voyage de concentré à l’aide
d’un équipement de machinerie lourde. Ensuite le camion entre dans un hangar où une
plateforme est installée spécialement pour permettre l’accès à l’intérieur de la remorque sans
avoir à grimper sur celle-ci. Un escalier (figure 1.3) permet au travailleur de descendre dans la
remorque.
Figure 1.3: Escalier rétractable
C’est à ce moment que le travailleur procède à l’échantillonnage de la livraison, un principe
important à la base de l’échantillonnage est d’obtenir un échantillon de matériau le plus
représentatif possible du contenu total. Pour ce faire, la méthode actuelle consiste en un
échantillonnage manuel de type « pipe ». En fait, cette méthode se caractérise par l’insertion
d’un cylindre creux donc l’embout est conique pour retenir le concentré à l’intérieur.
L’insertion de la pipe, se fait à l’aide d’un marteau pneumatique (figure 1.4).
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Figure 1.4: marteau pneumatique et pipe d’échantillonnage
L’embout de la pipe est conçu pour recevoir la tête du marteau. Après avoir planté la pipe, le
travailleur doit la ressortir, la tourner à l’envers et lui infliger un petit impact avant de la vider
dans la chaudière (figure 1.5).
Figure 1.5:Exemple d'échantillonnage de type pipe
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Le petit coup est primordiale, ce sont les vibrations ainsi transmises qui « décollent » le
concentré et amorce l’écoulement. Afin d’en retirer un échantillon représentatif de toute la
hauteur du matériau, la pipe doit être insérée le plus verticalement possible. Cette technique est
ensuite répétée entre 10 et 40 fois par remorques (voir annexes) en fonction des dimensions de
celle-ci suivant un parcours prédéfini qui cherche à maximiser la représentativité de
l’échantillon.
1.5 L’échantillonneur des wagons
Il existe actuellement un système semi-automatisé afin d’échantillonner les wagons de train qui
contiennent du concentré et qui sont destinés eux aussi à l’échantillonnage. En fait,
l’échantillonneur pour wagons est composé d’une plateforme se déplaçant su un pont roulant et
qui transporte à la fois un travailleur et un système hydraulique permettant d’insérer la pipe
dans le matériau. Dans ce processus, le travailleur est indispensable puisque c’est lui qui
contrôle le panneau de commande permettant les déplacements du pont roulant et du système
hydraulique, mais c’est aussi lui qui doit manipuler les pipes d’échantillonnage à la main afin
de vider leur contenu dans les chaudières. On peut voir un aperçu du principe de
fonctionnement de l’échantillonneur pour wagons en observant les plans sur les plans en
annexes.
1.6 Mandat principal
Actuellement, l’échantillonnage des concentrés acheminés par camions à la fonderie Horne est
effectué manuellement. Bien que la tâche de recueillir les échantillons soit simple, il n’en reste
pas moins qu’il s’agit d’une tâche exigeant un effort physique des travailleurs. Elle est par
conséquent susceptible de provoquer des blessures. De plus, le taux de traitement est limitatif et
la qualité de l’échantillonnage peut être variable. L’automatisation de ce procédé pourrait donc
améliorer à la fois la représentativité de l’échantillonnage et permettre d’augmenter le taux de
traitement tout en réduisant les risques pour la santé des travailleurs. C’est donc dans ce sens
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que l’objectif final de l’entreprise est de procéder à l’automatisation de l’échantillonnage des
camions.
Le mandat principal de notre projet est donc la première étape de cette automatisation, c’est-à-
dire de concevoir une machine capable de recueillir un échantillon. Nous avons donc concentré
nos efforts à créer un mouvement linéaire en mesure d’introduire la pipe dans le concentré de
même qu’un mouvement rotatif servant à vider la pipe de son contenu. Quelques contraintes
sont aussi à respecter pour la réalisation de ce projet. La représentativité de l’échantillon doit
être augmentée ou à tout le moins préservée. Le délai d’attente pour les camions doit être réduit
ou maintenu et ainsi tenir compte des entreposages intermédiaires.
Finalement, ce projet est directement lié aux objectifs stratégiques de l’augmentation des
revenus et de croissance de l’entreprise. En automatisant efficacement ce procédé, celle-ci
s’assurera d’un bon coût par tonne de concentré déchargé et d’un excellent taux
d’échantillonnage des concentrés acheminés par camions.
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CHAPITRE 2 : ANALYSE DES SOLUTIONS
2.1 Solution avec vérins linéaires et pont roulant
2.1.1 Pont roulant
Cette solution implique un système de pont roulant se déplaçant au dessus des camions, un
principe semblable à celui présentement utilisé pour l’échantillonnage des wagons. Ce pont
roulant, sur lequel serait placé un groupe hydraulique, permettrait de déplacer le mécanisme
pour prendre des échantillons tout au long de la remorque. La figure suivante montre une
modélisation d’un pont roulant se déplaçant au dessus d’un camion dans le hangar et sur lequel
sont fixés deux vérins à pistons. Ce mécanisme, constitué d’une paire de vérins linéaires situés
de part et d’autre du camion et de marteaux hydrauliques permettrait d’introduire et de ressortir
les pipes d’échantillonnage.
Figure 2.1.1: Modélisation d’un pont roulant se déplaçant au dessus d’un camion dans le hangar
Pont roulant
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2.1.2 Système hydraulique
Comme tout mécanisme actionné hydrauliquement, celui-ci doit être à la base activé par un
groupe hydraulique. Ce dernier permettra d’alimenter le système en huile avec une pression
constante. De plus, une fois combiné à des distributeurs, il sera possible de commander les
vérins à pistons et les marteaux hydrauliques pour créer le mouvement nécessaire aux pipes
d’échantillonnage. La figure suivante illustre les différentes composantes qui constituent un
groupe hydraulique.
Figure 2.11.1 : Vue de coupe d’un groupe hydraulique (http://lil.univ-
Distributeur de vérins rotatifs, http://www.bibus.ro/cataloage/catalog_eckart.pdf, Consulté
le : 2008-02-10
Global specs, http://www.globalspec.com, Consulté le : 2008-02-11
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ANNEXES
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ANNEXE A : Procédures de la station d’échantillonnage
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ANNEXE B : Plans et photos de la station d’échantillonnage pour camions
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ANNEXE C : Plans de l’échantillonneur automatique pour wagons
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ANNEXE D : Script Matlab
PEI-Échantillonneur automatique pour camions 113
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François Breton
%======================================================================= %======================================================================= % OBJET: Programme pour l'analyse cinématique du du mécanisme % d'échantillonnage automatique pour camions % % AUTEURS: Francis Drolet et François Breton %======================================================================= %======================================================================= clc; clear screen; clear all;
%Paramètres connus au départ %======================================================================= CD = 0.48; % Longueur de l'élément CD (en m) AC = 2*CD; % Longueur de l'élément AC (en m) AB = 0.31; % Longueur de l'élément AB (en m) BC = AC-AB; % Longueur de l'élément BC (en po) AE = 2.5*CD; % Longueur de l'élément AE (en po) BH = AE; % Longueur de l'élément BH (en po) DF = 2*AE; % Longueur de l'élément DF (en po) EH = AB; % Longueur de l'élément HE (en po) HG = DF/2; % Longueur de l'élément HG (en po) DE = HG; % Longueur de l'élément DE (en po) FG = EH; % Longueur de l'élément FG (en po) A = [0 0 0 0 0 0]; %PVA du point A B = [0 0.31 0 0 0 0]; %PVA du point B C = [0 0.48*2 0 0 0 0]; %PVA du point C
phi1 = [0 pi/4 0]; % PVA angulaire de phi1 (en rad) phi2 = [2 0.2 0.1]; % valeur de départ de phi2 phi3 = [1 0.2 0.1]; % valeur de départ de phi1 phi4 = [pi/2 0.2 0.1]; % valeur de départ de phi4 phi5 = [2 0.2 0.1]; % valeur de départ de phi5 phi6 = [pi 0.2 0.1]; % valeur de départ de phi6 phi7 = [pi/2 0.2 0.1]; % valeur de départ de phi7
for i=1:101; % boucle de 100 qui permet de faire plusieurs positions
du mécanisme % de 0 à 2pi %Analyse du motoélément (1) %======================================================================= D = Rpoint(C, phi1, CD); % PVA du point D
%Analyse de la Dyade (3,4) %======================================================================= [phi2 phi3] = d1pva(D,A,phi2,phi3,DE,AE); %calculs de la dyade E = Rpoint(D, phi2, DE); % PVA du point E F = Rpoint(D, phi2, DF); % PVA du point F
%Analyse de la Dyade (2,7) %======================================================================= [phi4 phi5] = d1pva(E,B,phi4,phi5,EH,BH); %calculs de la dyade H = Rpoint(B, phi5, BH); % PVA du point E
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%Analyse de la Dyade (5,6) %======================================================================= [phi7 phi6] = d1pva(F,H,phi7,phi6,FG,HG); %calculs de la dyade G = Rpoint(F, phi7, FG); % PVA du point E
Dx(i) = D(1); %Position en x du point D Dy(i) = D(2); %Position en y du point D Ex(i) = E(1); %Position en x du point E Ey(i) = E(2); %Position en y du point E Fx(i) = F(1); %Position en x du point F Fy(i) = F(2); %Position en y du point F Hx(i) = H(1); %Position en x du point H Hy(i) = H(2); %Position en y du point H Gx(i) = G(1); %Position en x du point G Gy(i) = G(2); %Position en y du point G
Dvx(i) = D(3); %Vitesse en x du point D Dvy(i) = D(4); %Vitesse en y du point D Evx(i) = E(3); %Vitesse en x du point E Evy(i) = E(4); %Vitesse en y du point E Fvx(i) = F(3); %Vitesse en x du point F Fvy(i) = F(4); %Vitesse en y du point F Hvx(i) = H(3); %Vitesse en x du point H Hvy(i) = H(4); %Vitesse en y du point H Gvx(i) = G(3); %Vitesse en x du point G Gvy(i) = G(4); %Vitesse en y du point G
Dax(i) = D(5); %Acceleration en x du point D Day(i) = D(6); %Acceleration en y du point D Eax(i) = E(5); %Acceleration en x du point E Eay(i) = E(6); %Acceleration en y du point E Fax(i) = F(5); %Acceleration en x du point F Fay(i) = F(6); %Acceleration en y du point F Hax(i) = H(5); %Acceleration en x du point H Hay(i) = H(6); %Acceleration en y du point H Gax(i) = G(5); %Acceleration en x du point G Gay(i) = G(6); %Acceleration en y du point G
phi(i)=phi1(1); % phi1(1) = phi1(1)+2*pi/100; %position suivante de phi1 phi1(1) = phi1(1)+pi/100; %position suivante de phi1
end
figure(1) % graphique de la position des points du mécanisme hold on; plot(Dx,Dy,Ex,Ey,Fx,Fy,Hx,Hy,Gx,Gy) plot(Dx(1),Dy(1),'o',Ex(1),Ey(1),'o',Fx(1),Fy(1),'o',Hx(1),Hy(1),'o',Gx(1),G
101),'o',Gx(101),Gy(101),'o') axis square; xlabel('axe x (en m)'); ylabel('axe y (en m)'); title('Graphique du mouvement du mécanisme'); legend('Point D','Point E','Point F','Point H','Point G',4); grid on; hold off;
y(101),'o') xlabel('\phi 1 (angle du moteur en rad)'); ylabel('vitesse en y (m/s)'); title('Graphique de la vitesse des point F et G pour une vitesseangulaire de
moteur de \pi/4'); grid on; hold off;
figure(3) % graphique de l'accélération en y de la tete du bras en
fonction de langle du moteur hold on; plot(phi,Fay,phi,Gay) %plot(Dvx(51),Dvy(51),'o',Evx(51),Evy(51),'o',Fvx(51),Fvy(51),'o',Hvx(51),Hv
,'o') xlabel('\phi 1 (angle du moteur en rad)'); ylabel('acceleration en y (en m/s^2)'); title('Graphique de l''acceleration des point F et G pour une vitesse
angulaire de moteur de \pi/4 '); grid on; hold off;
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%______________________________________________________________________ % OBJET: Programme pour l'analyse cinématique du motoélément R
(calcul des % paramètres cinématiques des pôles de sortie d'un
motoélément qui % se trouve en mouvement de rotation). % % PARAMÈTRES: Paramètres d'entrée % - A - matrice des paramètres cinématiques du
pôle actif % A = [XA YA VAX VAY AAX AAY]; % - FI = [anglefi vit.angulaire acc.angulaire] -
paramètres % cinématiques du mouvement du motoélément % % Paramètres de sortie % - B - matrice des paramètres cinématiques du
pôle de sortie % B = [XB YB VBX VBY ABX ABY] % % REMARQUES: % % Copyright (C) 2002 - 2012 by Marin Éné. %______________________________________________________________________
function B = Rpoint(A, FI, ab) cf = cos(FI(1)); sf = sin(FI(1)); B =[A(1)+ab*cf A(2)+ab*sf A(3)-ab*sf*FI(2) A(4)+ab*cf*FI(2) A(5)-ab*cf*FI(2)^2-ab*sf*FI(3) A(6)-ab*sf*FI(2)^2+ab*cf*FI(3)]; %______________________________________________________________________
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%_____________________________________________________________________ % OBJET: Programme pour l'analyse cinématique de la dyade RRR % % PARAMÈTRES: Paramètres d'entrée % - A, C matrices des coordonnées des pôles
extérieurs % A = [XA YA VAX VAY AAX AAY]; % C = [XC YC VCX VCY ACX ACY] % - ab, bc - les dimensions des éléments AB, BC % % Paramètres de sortie % - fi = [anglefi vit.angulaire acc.angulaire], la
matrice % décrivant le mouvement de rotation du corps. % % REMARQUES: Les matrices fi1 et fi2 sont dans la liste des
paramètres % d'entrée seulement pour fournir les valeurs de start
dans % le processus itératif Newton-Raphson pour la
résolution % du système des équations des positions. Les valeurs
des % angles fi1(1) et fi2(1) doivent être connus avant % l'appel de la fonction d1pva. % % Copyright (C) 2002 - 2012 by Marin Éné. %______________________________________________________________________
function [fi1,fi2] = d1pva(A,C,fi1,fi2,ab,bc) %début du calcul des positions
for i = 1 : 100 %notations pour alléger l'écriture s1 = sin(fi1(1)); s2 = sin(fi2(1)); c1 = cos(fi1(1)); c2 = cos(fi2(1)); %les fonctions de position fpoz(1) = A(1) - C(1) + ab*c1 - bc*c2; fpoz(2) = A(2) - C(2) + ab*s1 - bc*s2; %la matrice jacobienne W = [-ab*s1 bc*s2; ab*c1 -bc*c2]; %calcule de l'inverse Winv = inv(W); %le calcule de corrections dx = -Winv*fpoz'; %le calcule dela nouvelle solution fi1(1) = fi1(1) + dx(1); fi2(1) = fi2(1) + dx(2); %la verification du critère d'arrêt if ((abs(dx(1)) <= 1.e-3)&& (abs(dx(2)) <= 1.e-3)) %fin du calcul des positions
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% %début du calcul des vitesses %la matrice [C(3)-A(3) C(4)-A(4)] est le terme libre %dans les équations de vitesses f2 = Winv*[C(3)-A(3) C(4)-A(4)]'; fi1(2) = f2(1); fi2(2) = f2(2); %fin du calcul des vitesses % %début du calcul des accélérations %la matrice [C(5)-A(5) C(6)-A(6)]'-WP*[fi1(2) fi2(2)] est %le terme libre dans les équations d'accélération WP = [-ab*c1*fi1(2) bc*c2*fi2(2); -ab*s1*fi1(2) bc*s2*fi2(2)]; f3 = Winv*([C(5)-A(5) C(6)-A(6)]'-WP*[fi1(2) fi2(2)]'); fi1(3) = f3(1); fi2(3) = f3(2); %fin du calcul des accélérations return end end error('Non convergence dans d1pva (RRR)'); return