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MODULE DES SCIENCES APPLIQUÉES Réingénierie d’un bras mécanique pour moulins à minerais PROJET D’ÉTUDE EN INGÉNIERIE DANS LE CADRE DU PROGRAMME DE BACCALAURÉAT EN GÉNIE ÉLECTROMÉCANIQUE Présenté par : Omar Zeiddar Bencheikh, Zakaria Ben Brahim Superviseur Représentant industr • Marin Ene, Dr. -ing. , : André-Hugues Gingras, HIVER 2008 or64 Sni* to View ing. Coordonateur ingénierie, CARDINAL Réingénierie d’un bras mécanique Projet d’étude en ingénierie : pour moulin a minerais REMERCIEMENTS Nos vives remerciements et notre profonde gratitude iront à . Le professeur Marin Éne pour son aide, la qualité de sa supervision caractérisée par une métalliques pour broyer le minerai, font souvent face à des perturbations de leur processus de production et à des arrêts répétitifs provoqués par l’usure des pièces.

Les opérations de maintenance, qui consistent généralement au remplacement des pièces internes du moulin, pesant en moyenne 250 lb chacune, s’avèrent souvent très lentes et également dangereuses pour le personnel. Les coûts engendrés par les immobilisations du dispositif de concassage du minerai pour le remplacement des composants, ‘élèvent à $1 5000 par heure sans oublier que le personnel chargé d’effectuer ces opérations est exposé à des risques d’accident graves.

L’entreprise Cardinal, à la demande de l’entreprise exploitant une mine à Mont-Laurier, a conçu un bras manipulateur capable d’extraire les pièces internes de ces broyeurs. Ainsi,des réductions notables des durées d’immobilisations dans de meilleures conditions de sécurité du personnel, ont été rendus possibles. Pour répondre aux exigences sans cesse croissantes du marché et dans un esprit d’amélioration continue de ses services, l’entreprise Cardinal a écidé d’apporter des modifications majeures au modèle de bras mécanique déjà en exploitation.

Ces améliorations, objet de ce projet d’ingénierie, visent à étudier de façon plus précise la structure actuelle de sorte à pouvoir l’alléger ainsi qu’une étude sur les normes de santé et sécurité relative au dispositif en question. Le respect des normes de sécurité peut également être un atout important au moment de conclure des ventes et pe permettre une PAGF î OF Américaines, le respect des normes européenne permettra une commercialisation en Europe, voir même dans certain pays ‘Afrique à grande activité minière.

Par : Omar Zeiddar Bencheikh : Zakaria Ben Brahim Hiver 2008 Projet d’étude en ingénierie : Réingénierie d’un bras mécanique pour moulin à minerais ABSTRACT The mining companies using mills equipped With metal rodes that crush the ore Often face disturbances aftheir process of production and repetitive stops due to the wearing out of the pleces. The operations of maintenance, which consist generally in the replacement of the liners, weighing on average 250 lb each, require the use of specific tools and can be realized only by a pecialized staff.

The costs engendered by the immobilized ore crushing mechanism to replace its components, reach $1 5000 per hour. Furthermore, the staff in charge of doing these operations is exposed to serious accidents. The Cardinal Company, at the request of the company exploiting a mine ln Mont- Laurier, has designed a mechanical arm able to extract the internal components of these crushers. This has allowed a considerable reduction in the stopping time of the machines as well as an improvement of the staffs safety. PAGF 3 OF : Omar Zeiddar Bencheikh Table des matières

REMERCIEMENTS……. RÉSUMÉ ABSTRACT . CHAPITRE 1. FORMULATION DU PRORBLEME ET MANDAT…… Description de l’entreprise 2 1. 2 Description du procédé d’entretien 1 . 3 Mandat • • • 6 10 2. 3 Disposition relatives à la construction et l’équipement des appareils de levage IO 2. 4 Installations électriques, hydrauliques, pneumatlques et mécaniques — 2. 5 Exploitation et maintenance . 12 2. 6 Conditions d’exploitation particulières 13 2. 7 Accidents 2. 8 Documentation- notice d’instruction- marquage 2. 9 Contrôles avant la mise en service 14 CHAPITRE 3.

MODELISATION DES CHARGEMENTS ET CALCUL DES RÉACTIONS — — 1 6 3. 1 présentation du bras 17 3. 2 Analyse structomatique et description des mecanlsmes 3. 3 Informations sur les vérins 25 3. 4 Calcul des forces externes 26 CHAPITRE 4. ANALYSE DES CONTRAINTES PAGF s OF 19 CHAPITRE 4. ANALYSE DES CONTRAINTES . 37 4. 1 Problème de compatibilité 38 4. 2 Décomposition en élément finis 40 CHAPITRE 5. REMPLACEMENT DU VERIN ROTATIF 48 5. 1 Dispositif actuel . 49 5. 2 Dispositif proposé . 50 vi CHAPITRE 6 : RECOMMANDATIONS — 52 CONCLUSION . 5 BIBLIOGRAPHIE PAGF OF ‘un bras mécanique pour moulin à minerais LISTE DES TABLEAUX Tableau 3. 1 Tableau des éléments et des liaisons 21 Tableau 3. 2Tableau des éléments et des liaisons mécanisme (XY) 23 Tableau 3. 3 Caractéristiques des vérins Tableau 3. 4 Coordonnées des positions, vitesses et accélérations 29 Tableau 3. 5 Réactions obtenus pour une charge de 500 lb 30 projet d’étude en ingénierie : Réingénierie d’un bras mécanique LISTE DES FIGURES Figure 1. 1 Chariot linéaire électrique 3 Figure 1. 2 Convoyeur à chaine 4 Figure 3. 1 Bras à l’entrée du moulin Figure 3.

Mât principal 18 Figure 3. 3 Mât secondaire 7 OF Figure 3. 8 Schéma multipolaire mécanisme (XY) Figure 3. 9 Vérin rotatif H R 15-1803-AA12C 10 Liaisons étudiées Figure 3. 27 11 Évolution de la vitesse sans et avec amortissement 28 12 Évolution de la vitesse de l’extrémité lors de l’accélératlon du vérin 31 Figure 3. 13 Évolution de [‘accélération de l’extrémité lors de l’accélération du vérin Figure 3. 14 Évolution de la vitesse de l’extrémité lors de la décélération du vérin 32 Figure 3. 15 Évolution de l’accélération de l’extrémité lors de la

Figure 3. 16 Vitesses et accélérations de l’extrémité lors de 33 Figure 3. 17 Vitesses et accélérations de l’extrémité lors de la Figure 3. 18 Évolution des réactions au point A lors de 34 Figure 3. 19 Évolution des réactions aux points C et D lors de Figure 3. 20 Évolution des réactions au point A lors de la 35 Figure 3. 21 Évolutions des réactions aux points C et D lors de la Figure 3. 22 Évolution des réactions lors de la vitesse constante du vérin 8 OF Figure 3. 22 Évolution des réactions lors de la vitesse constante Figure 1 Pièce maitresse 36 Figure 4.

Emplacement de la pièce maîtresse dans le mat secondaire Figure 4. 3 Décomposition en éléments finis de la pièce maitresse 41 Figure 4. 4 Forces appliquées sur la pièce maitresse Figure 4. 5 Contraintes appliquées sur la pièce maitresse 42 Figure 4. 6 Décomposition en éléments finis du mat secondaire 43 Figure 4. 7 Forces appliquées sur le mat secondaire Figure 4. 8 Contraintes appliquées sur le mat secondaire Figure 4. 9 Définition du matériau sur Algor 46 Figure 5. 1 Schéma de fonctionnement du vérin à crémaillère Figure 5. 2 Moteur à palette H. S-6 de Micromatic

Figure 5. 3 Schéma de fonctionnement du moteur à palettes 51 Figure 6. 1 Zones les plus sollicitées 53 PAGF g OF CHAPITRE 1. FORMULATION DU PROBLÈME ET MANDAT par : Omar Zeiddar Bencheikh Dans ce premier chapitre, nous allons commencer par décrire l’entreprise, ses produits et les principaux marchés qu’elle cible. On expliquera brièvement par la suite le processus de maintenance pour lequel a été conçu le bras et les difficultés qu’il présente. Nous allons conclure le chapitre en définissant le mandat qui nous a attribué notre client. 1 . 1 Description de l’entreprise

L’entreprise Cardinal située à Angliers, petite ville à 100 km au sud de Rouyn Noranda opère essentiellement au Québec, en Ontario et offre, à la demande, des prestations dans d’autres provinces. Elle dispose d’un réseau de distributeurs et fournisseurs à travers les états unis. L’entreprise couvre donc toute l’Amérique du nord. Cardinal, Fondée en 1980, est une entreprise manufacturière d’équipements, qui intervient essentiellement dans le domaine des scieries. Cardinal, respectueuse de l’environnement con Oit des équipements à rende permettant de réduire au