Séquence 2 : Portail deux vantaux
Travail préparatoire
Il n'y aura pas de travail préparatoire pour cette séquence.
Environnement nécessaire pour le déroulement de la séquence
Matériel nécéssaire pour le système
- portail à deux vantaux :
- équipé du boîtier d'acquisition " Vernier " associé à un ordinateur pourvu du logiciel " Logger Pro " installé et correctement configuré avec le fichier " demarrage.xmbl "
- configuré tel que :
- moteur du grand vantail positionné à 260 millimètre (index rouge à 260 millimètre) ;
- bielle du grand vantail positionnée à 375 millimètre (index rouge à 475 millimètre) ;
- moteur du petit vantail positionné à 100 millimètre (index rouge à 100 millimètre) ;
- bielle du petit vantail positionnée à 235 millimètre (index rouge à 335 millimètre) ;
- le frein du grand vantail est complètement desserré ;
- tous les interrupteurs du boîtier de commande en position " TCA ", " IBL " et " FCH ".
- trois temporisateurs réglables permettent de modifier les caractéristiques du cycle d'ouverture-fermeture. Les potentiomètres " TL ", " TCA " et " DELAI M2 " permettent d'ajuster les valeurs suivantes :
- temps de fonctionnement des moteurs en ouverture ou fermeture : potentiomètre " TL " ;
- durée d'arrêt des moteurs dans la position vantaux ouverts : potentiomètre " TCA " ;
- décalage temporel entre les débuts de fermeture des deux vantaux : potentiomètre " DELAI M2 ".
- temps de fonctionnement des moteurs = durée de l'opération d'ouverture du grand vantail + 2 secondes (justification par la suite) ;
- maintien du portail ouvert durant 5 secondes ;
- décalage minimum entre les débuts de fermeture des deux vantaux afin que les deux vantaux se ferment en même temps.
Présentation du système
Domaine du commanditaire
Le système étudié est l'ouvre portail de type E5 commercialisé par la société BFT.
De faible encombrement, ce système permet l'ouverture automatique et télécommandée de portails battants. Il est destiné à un usage résidentiel.
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Le groupe BFT, basé en Italie, au travers de sa filiale Automatismes BFT France propose une gamme complète d'automatismes électromécaniques et oléo-dynamiques pour motoriser portails, portes de garage, systèmes de parking et contrôle d'accès. Exclusivement professionnelle, la marque BFT s'étend sur les marchés résidentiel, collectif et industriel. Le système retenu pour notre étude est une motorisation pour portails battants, longueur du vantail jusqu'à 1,80 m, poids jusqu'à 200 kg, à usage résidentiel. L'ensemble est vendu en kit pré câblé et comporte :
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Le système d'ouverture semi automatise DOMOTICC est représenté sur la figure ci-dessous :
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Domaine du laboratoire
Le matériel est composé principalement d'un châssis métallique supportant le portail, d'une centrale de commande avec émetteur H.F., de deux moto-réducteurs avec limiteur de couple et tringlerie d'ouverture de portail et d'un ensemble de capteurs spécifiques associés à une carte de traitement.
Outre son bâti mécano-soudé, ce système automatisé est constitué de trois sous-ensembles principaux :
- Le grand vantail instrumenté comprenant :
- 4 capteurs :
- capteur n° 1 : un potentiomètre de précision qui permet de mesurer la position angulaire du bras du motoréducteur ;
- capteur n° 2 : un potentiomètre de précision qui permet de mesurer la position angulaire du grand vantail ;
- capteur n° 3 : une jauge de contrainte qui permet de mesurer le couple fourni par le motoréducteur ;
- capteur n° 4 : une jauge de contrainte qui permet de mesurer le couple sur le vantail (voir fonction suivante) ;
- un frein : ce frein permet de simuler l'effet du vent sur le vantail ;
- un support permettant de placer des masses de 10 kg (charge maxi 50 kg) pour modifier l’inertie du vantail ;
- une motorisation par un moto-réducteur à bras avec limiteur de couple à friction (B. F. T. - Réf.E5).
- Le petit vantail comprenant :
- une électro-serrure de verrouillage du portail ;
- une motorisation par un moto-réducteur à bras avec limiteur de couple à friction (B. F. T. - Réf. E5).
- Le coffret de contrôle / commande
Problématique
Le portail à deux vantaux est conçu pour être adaptable à l’utilisation souhaitée. Elle doit permettre une ouverture adaptée aux vantaux ayant chacun des dimensions différentes. C'est pour cette raison que l'implantation des moteurs et l'ancrage d'une bielle sur un vantail pour chacun des vantaux sont différents.
Démarche de l'ingénieur
Rôle de chacun des membres de l'équipe
Mission spécifique du groupe expérimentateur
Le groupe expérimentateur doit mettre en oeuvre les compétences suivantes :
Mettre en oeuvre un système
Proposer et justifier un protocole expérimental
Mettre en oeuvre un protocole expérimentalMission spécifique du groupe modélisateur
Le groupe modélisateur doit mettre en oeuvre les compétences suivantes :
Proposer un modèle de connaissance et de comportement
Proposer une démarche de résolution
Mettre en oeuvre une démarche de résolution analytique
Mettre en oeuvre une démarche de résolution numériqueMission spécifique au groupe projet
Cela est l’occasion pour que le groupe expérimentateur et le groupe modélisateur confrontent leurs résultats et en tire les conclusions nécessaires sur la démarche de l’ingénieur.
Les groupes projet doivent mettre en oeuvre les compétences suivantes :
Analyser les performances et les écarts
Choisir les grandeurs physiques et les caractériser
Produire et échanger de l’informationOrganisation
Modélisation
Modélisation du système par un schéma cinématique minimal
L'objectif est de réaliser le schéma cinématique minimal de la transformation de mouvement étudiée (revoir problématique en retournant en arrière de 3 pages).
Pour cela, nous vous mettons à disposition :
- le système réel lui-même
- la maquette numérique pour voir l'inaccessible
- le document technique
Pour l'utilisation de la maquette numérique, il est impératif de dézipper le fichier téléchargé et d'ouvrir l'assemblage principal dans le dossier décompréssé.
Réaliser le graphe des liaisons
Lorsque le schéma cinématique a un problème plan, il est conseillé de faire une représentation plane du schéma cinématique selon le plan du modèle plan.
Le modèle a-t-il un mouvement plan de l'ensemble des pièces du mécanisme ?
A partir du système réel, du modèle numérique et de la documentation de la technique fournie, réaliser le schéma cinématique.
Paramétrer votre schéma cinématique.
Par l’approche de votre choix (cinématique ou dynamique), déterminer le degré d’hyperstatisme de votre modèle dans l'espace.
Si votre modèle est hyperstatique, proposer un nouveau modèle isostatique.
Étude cinématique
Recherche de la loi entrée sortie
Nous vous incitons sans obligation à utiliser ce schéma cinématique paramétré pour la suite du TP.
Cliquer sur l'image pour l'aggrandir.
A partir de votre schéma cinématique, déterminer une relation liant le paramètre géométrique d’entrée au paramètre géométrique de sortie du système de transformation de mouvement.
La relation obtenue doit être du type \( loi(entree, sortie, ... ) = 0\).
A l’aide d’un script python, tracer la courbe issue du modèle analytique.
Pour cela, je vous impose de résoudre numériquement la relation obtenue du type \( loi(entree, sortie, ... ) = 0 \).
La réponse a été volontairement masquée.
Je vous invite à la lire uniquement après avoir essayé de répondre à la question sans quoi votre progression sera moindre.
Vous pouvez maintenant la consulter en cliquant sur 
.
A partir du modèle du simulateur de comportement Méca3D, déterminer une courbe liant le paramètre géométrique d’entrée au paramètre géométrique de sortie du système de transformation de mouvement.
A l’aide d’un script python, tracer la courbe issue du modèle numérique.
Réaliser toutes les expériences nécessaires permettant de déterminer une courbe liant le paramètre géométrique d’entrée au paramètre géométrique de sortie du système de transformation de mouvement.
Vous prendrez soin d’identifier les capteurs utilisés lors de l’acquisition.
A l’aide d’un script python, tracer un nuage de points pour les valeurs expérimentales.
A l’aide des scripts python, superposer les 3 courbes.
Que pouvez vous conclure à partir de ces courbes ?
Étude statique
On échange maintenant les rôles !
- les expérimentateurs deviennent les modélisateurs.
- les modélisateurs deviennent les expérimentateurs.
On cherche maintenant à faire une étude statique du système de transformation de mouvement.
Afin de vous y aider, nous vous proposons un fichier python permettant d'avoir dans chaque position du modèle du schéma cinématique proposé
de connaître les valeurs de toutes les paramètres géométriques variants.
Il sera nécessaire de créer volontairement une action mécanique résistante. Pour cela, vous utiliserez le mécanisme ainsi :
Recherche des Actions mécaniques transmises par le système
A partir de votre schéma cinématique,
- déterminer le couple moteur entrainant le mécanisme en fonction du paramètre géométrique d’entrée ou du sortie selon votre convenance.
ou bien
- déterminer une relation entre le rapport du couple du moteur entrainant le mécanisme sur l’Action Mécanique disponible en sortie de mécanisme en fonction du paramètre géométrique d’entrée ou du sortie selon votre convenance.
Il vous appartient de faire le choix le plus pertinent.
A partir du modèle du simulateur de comportement Méca3D,
- déterminer une courbe du couple moteur entrainant le mécanisme en fonction du paramètre géométrique d’entrée ou du sortie selon votre convenance.
ou bien
- déterminer une courbe entre le rapport du couple du moteur entrainant le mécanisme sur l’Action Mécanique disponible en sortie de mécanisme en fonction du paramètre géométrique d’entrée ou du sortie selon votre convenance.
Il vous appartient de faire le choix le plus pertinent.
Réaliser toutes les expériences nécessaires permettant de
- tracer une courbe du couple moteur entrainant le mécanisme en fonction du paramètre géométrique d’entrée ou du sortie selon votre convenance.
ou bien
- tracer une courbe entre le rapport du couple du moteur entrainant le mécanisme sur l’Action Mécanique disponible en sortie de mécanisme en fonction du paramètre géométrique d’entrée ou du sortie selon votre convenance.
Il vous appartient de faire le choix le plus pertinent.
Vous prendrez soin d’identifier les capteurs utilisés lors de l’acquisition.
A l’aide des scripts python, superposer les 3 courbes.
Que pouvez vous conclure à partir de ces courbes ?