Equilibrage pneumatique presse

TUDES ET RECHERCHES

Modlisation de linfluence du contrepoids pneumatique sur le temps darrt du coulisseau des presses friction et mthode dquilibrageLaurent Giraud Serge Mass Denis Turcot Daoud Ait-Kadi Sbastien Tanchoux Christophe Cramp

R-378

RAPPORT

TRAVAILLENT POUR VOUS

Solidement implant au Qubec depuis l980, lInstitut de recherche Robert-Sauv en sant et en scurit du travail (IRSST) est un organisme de recherche scientifique reconnu internationalement pour la qualit de ses travaux.

NOS RECHERCHES travaillent pour vous !MISSION Contribuer, par la recherche, la prvention

des accidents du travail et des maladies professionnelles ainsi qu la radaptation des travailleurs qui en sont victimes. Offrir les services de laboratoires et lexpertise

ncessaires laction du rseau public de prvention en sant et en scurit du travail. Assurer la diffusion des connaissances, jouer un rle

de rfrence scientifique et dexpert. Dot dun conseil dadministration paritaire o sigent en nombre gal des reprsentants des employeurs et des travailleurs, lIRSST est financ par la Commission de la sant et de la scurit du travail.

POUR EN SAVOIR PLUS...

Visitez notre site Web ! Vous y trouverezune information complte et jour. De plus, toutes les publications dites par lIRSST peuvent tre tlcharges gratuitement. www.irsst.qc.ca Pour connatre lactualit de la recherche mene ou finance par lIRSST, abonnez-vous gratuitement au magazine Prvention au travail, publi conjointement par lInstitut et la CSST. Abonnement : 1-877-221-7046

IRSST - Direction des communications 505, boul. De Maisonneuve Ouest Montral (Qubec) H3A 3C2 Tlphone : (514) 288-1551 Tlcopieur : (514) 288-7636 [email protected]

www.irsst.qc.ca

Institut de recherche Robert-Sauv en sant et en scurit du travail, aot 2004

TUDES ET RECHERCHES

Modlisation de linfluence du contrepoids pneumatique sur le temps darrt du coulisseau des presses friction et mthode dquilibrage

Laurent Giraud, ing. stag., Serge Mass, ing. et Denis Turcot, ing., Scurit-ingnierie, IRSST Daoud Ait-Kadi, ing. et Sbastien Tanchoux, Dpartement de gnie mcanique, Universit Laval Christophe Cramp, INSA de Strasbourg

RAPPORT

Cliquez recherche www.irsst.qc.caCette publication est disponible en version PDF sur le site Web de lIRSST. Cette tude a t finance par lIRSST. Les conclusions et recommandations sont celles des auteurs.

CONFORMMENT AUX POLITIQUES DE LIRSST

Les rsultats des travaux de recherche publis dans ce document ont fait lobjet dune valuation par des pairs.

IRSST - Modlisation de linfluence du contrepoids pneumatique sur le temps darrt du coulisseau des presses friction et mthode dquilibrage

i

SOMMAIRELes presses mtaux sont par essence mme des machines dangereuses car loprateur doit rgulirement accder la zone de danger, comprise entre les deux matrices, pour les oprations de production. Cette recherche porte sur les presses mcaniques qui utilisent un embrayage friction et qui reprsentent la moiti du parc machine au Qubec. Cet embrayage friction permet darrter le mouvement de la presse au cours dun cycle de la machine, par exemple lorsque loprateur relche la commande bimanuelle de la presse. Mais compte tenu de linertie de ces machines, larrt du coulisseau nest pas immdiat et il existe encore de nombreuses possibilits daccidents, comme le prouvent les chiffres de la CSST. Plus une presse sera grosse et plus son temps darrt sera grand. Si la protection du personnel est assure par son loignement de la machine, il se peut que les distances ncessaires ne soient plus compatibles avec le travail demand. Afin de rduire le plus possible le temps de freinage, sans modifier les caractristiques de la machine, cette tude tente de faire le point sur les paramtres qui linfluencent. Le contrepoids pneumatique est lun de ces points, car son rglage, par loprateur ou par le personnel de maintenance, influence significativement le temps de freinage. Afin de bien cerner linfluence de la pression du contrepoids pneumatique sur le temps de freinage des presses embrayage, nous avons prcis sa conception et son fonctionnement, puis nous avons modlis son comportement statique et dynamique. Les rsultats de cette modlisation nous permettent de dtailler linfluence de la pression du contrepoids sur le temps de freinage de la presse et sur son quilibrage. Par la suite, nous avons fait le bilan des diffrentes mesures dquilibrage qui sont utilises et nous proposons une nouvelle mthode dquilibrage des presses, nouvelle mthode qui permet un quilibrage statique ou dynamique, selon les besoins. Linfluence de la sous-pression ou de la surpression du contrepoids sur lquilibrage et le fonctionnement de la presse est aussi dtaille dans ce rapport. Les rsultats de la modlisation nous permettent aussi de quantifier linfluence des diffrentes composants de la presse sur le temps de freinage, et de voir que lnergie cintique du vilebrequin et de lembrayage est le facteur le plus influent. Les paramtres de fonctionnement de la presse qui influencent le plus le temps darrt du coulisseau sont, en ordre dcroissant, la cadence de la presse (le nombre de coup par minute) suivi par la pression du contrepoids et la masse de la matrice. Cependant, dautres facteurs, de conception, influencent le temps de freinage. Cest le cas du couple de freinage dont linfluence est exponentielle. Finalement, le rglage optimal de la pression du contrepoids doit se faire dans une plage de pression limite, qui est fonction du poids de la matrice suprieure utilise.


iii

REMERCIEMENTSPour la ralisation de cette activit de recherche, nous avons bnfici de la collaboration de plusieurs personnes, et nous aimerions adresser nos remerciements tous ceux qui, de prs ou de loin, nous ont permis de mener bien cette tude. Nous aimerions tout dabord remercier les deux tudiants de lINSA de Strasbourg (ex ENSAIS) qui ont particip activement cette tude dans le cadre de leur projet de fin dtude (PFE). Nous remercions aussi les entreprises qui ont accept de recevoir plusieurs membres de lquipe de recherche afin de visiter et dobserver ou deffectuer des mesures et des essais sur leurs presses, et plus prcisment : M. Franck Parrot, responsable du service sant et scurit de CAMCO; Mme Andre Patoine, responsable du service sant et scurit de Bombardier la Pocatire; M. Denis Fournier, du chantier naval Davie de Lvis; Mme Anne Rivard, ingnieur chez Siemens; M. Marcel Lavoie, lectromcanicien chez Electrolux, pour ses commentaires techniques forts pertinents et son soutien technique lors de la visite, ainsi que M. Denis Laporte, coordinateur Sant-Scurit; M. Robert Bouchard, ingnieur chez Azimut, fabricant de presses, pour les informations techniques relatives aux presses.

Il faut galement souligner la collaboration de M. Tony Venditi, conseiller de lAssociation sectorielle paritaire secteur fabrication de produits en mtal et de produits lectriques pour ses conseils et informations. Nous voudrions enfin remercier les membres de lquipe Scurit-ingnierie qui ont particip la ralisation de lactivit et qui, depuis llaboration du devis jusqu la rdaction du rapport, nous ont offert un support professionnel de qualit et nous ont encourags : Jrme Boutin, Renaud Daigle, Micheline Laperle et Christian Sirard.


v

TABLE DES MATIRESPage SOMMAIRE...................................................................................................................................I REMERCIEMENTS ..................................................................................................................III TABLE DES MATIRES........................................................................................................... V LISTE DES FIGURES ............................................................................................................. VII LISTE DES TABLEAUX........................................................................................................... IX 1. 2. INTRODUCTION................................................................................................................. 1 PROBLMATIQUE, OBJECTIFS ET MTHODOLOGIE .......................................... 3 2.1 2.2 2.3 3. PROBLMATIQUE ............................................................................................................. 3 OBJECTIFS ........................................................................................................................ 3 MTHODOLOGIE .............................................................................................................. 4

PRSENTATION DU CONTREPOIDS PNEUMATIQUE ............................................ 5 3.1 LES PRESSES EMBRAYAGE FRICTION .......................................................................... 5 3.2 LE CONTREPOIDS PNEUMATIQUE ...................................................................................... 5 3.2.1 Constitution............................................................................................................. 5 3.2.2 Fonctionnement actuel des systmes types ............................................................. 7 3.2.3 Rle ......................................................................................................................... 7

4.

TUDE MCANIQUE ........................................................................................................ 9 4.1 TUDE STATIQUE ............................................................................................................. 9 4.2 TUDE DYNAMIQUE ....................................................................................................... 10 4.3 PHNOMNE DE CHOC .................................................................................................... 12 4.4 INFLUENCE SUR LQUILIBRAGE .................................................................................... 13 4.4.1 Liaison bielle / coulisseau..................................................................................... 13 4.4.2 Liaison bielle vilebrequin ..................................................................................... 14 4.4.3 Rcapitulatif.......................................................................................................... 15 4.5 COMPORTEMENT DU CONTREPOIDS ................................................................................ 16

5.

MTHODES DQUILIBRAGE...................................................................................... 21 5.1 5.2 5.3 MTHODE N 1............................................................................................................... 21 MTHODE N 2............................................................................................................... 21 MTHODE N3................................................................................................................ 22 CARACTRISATION DE LA MACHINE ET DU SYSTME DE CONTREPOIDS .......................... 25 TABLISSEMENT DE LA PRESSION DE RGLAGE .............................................................. 25

6.

APPROCHE PROPOSE.................................................................................................. 25 6.1 6.2

vi


6.3 AJUSTEMENT DE LA PRESSION ........................................................................................ 26 6.4 RALISATION DE LABAQUE DUTILISATION .................................................................. 27 6.5 SUIVI ET MISE JOUR DE LABAQUE............................................................................... 28 6.6 REMARQUE .................................................................................................................... 28 6.6.1 Exemple dapplication pour une presse 8 T ......................................................... 29 7. PROBLMES DUS AUX MAUVAIS RGLAGES ....................................................... 33 7.1 7.2 8. 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 SOUS-PRESSION .............................................................................................................. 33 SURPRESSION ................................................................................................................. 34 LE TEMPS DARRT DES PRESSES .................................................................................... 37 LE FREINAGE .................................................................................................................. 37 LES ESSAIS DE FREINAGE................................................................................................ 40 ANALYSE DU TEMPS DE FREINAGE DES PRESSES ............................................................. 40 CONCLUSION SUR LE TEMPS DARRT DU COULISSEAU .................................................. 41

TEMPS DE FREINAGE DES PRESSES ......................................................................... 37

CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS ......................................................................... 43 RFRENCES............................................................................................................................ 45 BIBLIOGRAPHIE...................................................................................................................... 47 ANNEXE - INFLUENCE DU RGLAGE DU CONTREPOIDS SUR LA PUISSANCE DU MOTEUR..................................................................................................................................... 49


vii

LISTE DES FIGURESPage Figure 1 : Schma et repre du vilebrequin et de la bielle...............................................................5 Figure 2 : Systme standard de contrepoids pneumatique...............................................................6 Figure 3 : Force du contrepoids ncessaire pour lquilibrage statique en fonction de langle du vilebrequin. ............................................................................................................................10 Figure 4 : Force dinertie applique au coulisseau en fonction de langle du vilebrequin. ...........11 Figure 5 : Position des jeux de liaison en compression (gauche) et en tension (droite). ...............12 Figure 6: Points de contact de la bielle lors du cycle de la presse. ................................................13 Figure 7 : Bilan des forces appliques au coulisseau.....................................................................14 Figure 8 : Bilan des forces appliques la bielle...........................................................................15 Figure 9 : Effort dans la liaison bielle / coulisseau selon les niveaux dquilibrage , et . .16 Figure 10 : Effort dans la liaison bielle / vilebrequin selon les niveaux dquilibrage , et 16 Figure 11 : Pression du contrepoids en mode manuel suivant la position du coulisseau. .............18 Figure 12 : Pression du contrepoids en mode continu suivant la position du coulisseau. .............19 Figure 13 : Influence de lquilibrage du contrepoids sur la puissance du moteur. ......................22 Figure 14 : Utilisation dun seul comparateur sous le coulisseau..................................................26 Figure 15 : Visualisation des deux phases distinctes dquilibrage...............................................26 Figure 16 : Position de la zone dquilibre statique selon la diffrence entre les temps de fermeture et douverture. .......................................................................................................27 Figure 17 : Montage dun acclromtre sur la matrice suprieure...............................................29 Figure 18 : Sous-quilibrage Pg = 20 psi....................................................................................29 Figure 19 : quilibrage Pg = 40 psi. ...........................................................................................30 Figure 20 : quilibrage Pg = 50 psi. ...........................................................................................30 Figure 21 : Surquilibrage Pg = 80 psi. ......................................................................................30 Figure 22 : Relevs dacclration brouills. ..............................................................................31 Figure 23 : Origine de lnergie dissipe par le frein lors dun freinage 100pour la presse 8T.39 Figure 24 : Origine de lnergie dissipe par le frein selon langle de dbut de freinage pour la presse 8T. ...............................................................................................................................39 Figure A-1 : Variations de la puissance de moteur suivant lquilibrage ralis. .........................49


ix

LISTE DES TABLEAUXPage Tableau 1: Valeurs des paramtres de la presse 100 T. .................................................................10 Tableau 2: Valeurs des paramtres de la presse 100 T pour le calcul de linertie.........................11 Tableau 3: Valeurs des paramtres de la presse 100 T pour le calcul des efforts dans les liaisons.16 Tableau 4: Paramtres utiliss pour la simulation de la variation de la pression du contrepoids..17 Tableau 5: Valeurs des paramtres de la presse 8 T pour la visualisation de chocs avec un acclromtre. ........................................................................................................................28 Tableau 6: Influence sur la scurit du sous-quilibrage et du surquilibrage du contrepoids. ....35 Tableau 7: Importance des paramtres de la presse sur le temps darrt du coulisseau. ...............41


1

1.

INTRODUCTION

Les presses mcaniques utilisant un embrayage friction reprsentent prs de la moiti des 4 600 presses utilises au Qubec [1]. Une minorit de ces presses est utilise uniquement en mode automatique et la majorit est utilise en modes manuel et automatique, ce qui entrane lutilisation de commandes bimanuelles. On peut donc affirmer, compte tenu de sa simplicit et de son intgration aux circuits de commande, que la protection par loignement1 en utilisant des commandes bimanuelles est le moyen de protection le plus utilis sur les presses. Par ailleurs, il est clairement tabli, selon Blanger et coll. [1, 2] et selon Turcot et coll. [3], que plusieurs facteurs, dont le mode de production, influencent le temps darrt des presses friction. Pour les secteurs dactivit Produits mtalliques Machines, quipements de transport et Produits lectriques, les statistiques de la CSST des annes 1996-1998 mentionnent que 180 accidents, reprsentant un dbours total de 1 862 863 dollars, sont survenus sur des presses mtaux (code CSST 35600 - 35610 - 35630 - 35690). Ces chiffres sont voisins de ceux des annes 1992-1994, qui mentionnaient que 238 accidents taient survenus pour un dbours total de 1 435 000 dollars. De ces 180 accidents survenus au cours des annes 1996-1998, 162 (90 %) ont pour siges de lsion, les mains et les doigts, pour un dbours total prs de 1 862 863 dollars (617 505 $ pour les mains et 1 245 358 $ pour les doigts). Ces accidents ont reprsent en moyenne 110 jours dindemnisation et un cot moyen de 10 781 dollars, soit une dure dindemnisation trois fois plus longue et un cot trois fois suprieur la moyenne des accidents des quatre secteurs concerns. Ce rapport dtude vise avant tout synthtiser lensemble des informations recueillies et traites sur le contrepoids pneumatique. Certains points ont t plus dtaills que dautres afin damliorer la comprhension du problme expos. De plus, certaines donnes et amliorations ont t apportes par rapport aux rapports dtudes effectus prcdemment [1-5] et regroupant lensemble des recherches et des calculs [6-8]. De plus, une nouvelle mthode dapproche, pour le rglage du contrepoids pneumatique, a t propose. Celle-ci a t valide par des essais mens dans diffrentes entreprises avec lappareil de mesure de lIRSST et le modle mathmatique.

1

Protection par loignement : les membres suprieurs de l'oprateur sont tenus suffisamment loigns du point de pincement et l'oprateur n'a pas le temps, en relchant les commandes, de l'atteindre avant que le coulisseau ne s'arrte.


3

2. 2.1

PROBLMATIQUE, OBJECTIFS ET MTHODOLOGIE Problmatique

De nombreuses visites dentreprises effectues par les chercheurs de lIRSST ont rvl que le rglage du contrepoids pneumatique sur les presses embrayage friction ntait pas fait de faon optimale. Plusieurs facteurs menant un mauvais rglage du contrepoids pneumatique ont t identifis. Mentionnons, entre autres, le manque dinformation sur linfluence du contrepoids transmise lors de la formation des rgleurs, ainsi que la disparition ou loccultation non volontaire de la plaque signaltique illustrant le rglage de la pression du contrepoids en fonction du poids de la matrice attache au coulisseau de la presse empchant ainsi le rgleur de sy rfrer. Plus les presses sont vieilles, plus la probabilit que cette plaque soit manquante ou cache (par la bote de contrle des commandes) augmente. Il devient donc impossible de faire un rglage prcis. En effet, la pression de rglage du contrepoids dpend des caractristiques gnrales du systme mcanique (vilebrequin, bielle, coulisseau, matrice suprieure, cadence, ...) ainsi que du systme pneumatique (dimensions des vrins pneumatiques). De ce fait, une mme matrice utilise sur deux presses diffrentes pourra entraner un rglage diffrent de la pression du contrepoids pneumatique. Enfin, il faut noter quun mauvais rglage de la pression du contrepoids pneumatique peut avoir de graves consquences pour la scurit des personnes utilisant les presses mcaniques embrayage friction (oprateurs, personnel de maintenance, ...) en autre en affectant le temps darrt du coulisseau.

2.2

Objectifs

Le prsent rapport vise avant tout sensibiliser les industriels sur le rle que possde le contrepoids pneumatique lors du fonctionnement de la presse notamment en prcisant les consquences de mauvais rglages de la pression jauge. Une mthode dapproche sera galement propose afin daider les utilisateurs des presses pour le rglage du contrepoids pneumatique en fonction des diffrentes caractristiques et modes de fonctionnement. Quatre grands points seront abords : 1. 2. 3. 4. Prsentation du contrepoids pneumatique tude mcanique de lquilibrage Mthodes de rglage et dajustement de la pression Consquences de mauvais rglages

4


2.3

Mthodologie

La premire tape de recherche a t deffectuer une liste de tous les documents traitant du contrepoids pneumatique pour les presses embrayage friction. En parallle, plusieurs visites dentreprises ont t menes afin dtablir un bilan de la connaissance des oprateurs et du service de maintenance des presses embrayage friction. Plusieurs considrations ont t retenues la suite du traitement de ces donnes et observations notamment concernant les problmes de scurit pouvant apparatre suite un mauvais rglage de la pression du contrepoids. Ensuite, une tude mcanique a t mise en place conduisant llaboration dun modle thorique permettant dtablir une plage de rglages de la pression du contrepoids pneumatique en fonction des paramtres de fonctionnement (cadence, masse de matrice ... ). Enfin, des essais en entreprises ont t mens pour valider la mthode dquilibrage et vrifier lapplicabilit des rsultats sur des presses de diffrentes capacits.


5

3. 3.1

PRSENTATION DU CONTREPOIDS PNEUMATIQUE Les presses embrayage friction

Les presses embrayage friction sont des machines outils trs utilises dans les industries et ce depuis un trs grand nombre danne. Elles sont composes dun bti, dun ensemble mobile qui anime un ou plusieurs coulisseaux dun mouvement de translation rectiligne et dun systme de contrepoids pneumatique destin annuler leffet gravitationnel exerc sur ces derniers. La mise en mouvement de la presse mcanique est obtenue laide dun moteur lectrique qui stocke lnergie dans un volant dinertie. Un systme de vilebrequin et de bielle transforme le mouvement de rotation en un mouvement de translation alternative. Pour enclencher ou arrter le mouvement alternatif, un systme dembrayage et de frein est dispos entre le systme de transformation du mouvement et le volant dinertie. Cette configuration permet au moteur et au volant dinertie de rester en rotation entre deux cycles, vitant ainsi de relancer le systme chaque utilisation de la presse. Afin de disposer de repres prcis relatifs la position des diffrents lments de la presse lors de son fonctionnement, un reprage angulaire (en degrs) du vilebrequin est tabli (figure 1). La position 0 reprsente le point mort haut (PMH), qui correspond la position la plus haute que peut atteindre le coulisseau lors dun cycle de fonctionnement. Quant la position 180, elle reprsente le point mort bas (PMB), qui correspond la position la plus basse que peut atteindre le coulisseau lors dun cycle de fonctionnement.v

y0

z0

PMH

PMB

x0

Figure 1 : Schma et repre du vilebrequin et de la bielle

3.2

Le contrepoids pneumatique

3.2.1 ConstitutionLe systme de contrepoids pneumatique plac sur les presses embrayage friction peut varier dun constructeur lautre suivant le modle, la capacit ou encore la date de fabrication de la presse. Nanmoins, le contrepoids standard (figure 2) est compos en gnral : De vrins pneumatiques relis au coulisseau et au bti de la presse. Ils permettent ainsi le transfert dnergie lors du cycle de fonctionnement de la presse entre le systme mcanique et le systme pneumatique. Leur nombre et leur taille ont t dfinis par le fabricant lors de la conception de la presse.

6


De rservoirs daccumulation permettant, lors du dplacement du coulisseau, de stocker lair vacu des vrins pneumatiques. La prsence dun tel systme vite davoir remplacer, chaque cycle, le volume dair vacu par les vrins. Ceci permet ainsi de raliser des conomies considrables en ce qui concerne la consommation dair comprim. De plus, il convient de noter que si la capacit du rservoir est trs grande par rapport au volume dair dplac par les vrins durant le dplacement du coulisseau, le rservoir joue indirectement un rle de rgulateur puisque la pression dans le rseau pneumatique sera alors peu variable. Dun pressostat permettant dinterdire le fonctionnement de la presse dans le cas dune dfaillance du systme de contrepoids pneumatique. Dune vanne de rgulation manuelle permettant dajuster la pression jauge du contrepoids. Elle est gnralement accompagne dun manomtre permettant de visualiser la valeur de la pression dans le circuit pneumatique. Il est important de noter que la lecture du manomtre se fait avant ou aprs un cycle de fonctionnement, et que le coulisseau est alors au point mort haut (PMH). Dun systme dchappement permettant dvacuer du systme pneumatique le volume dair excdentaire ou en surpression.Vanne de scurit (sur pression)

Rservoir Filtre et silencieux Vanne de rgulation Vanne de vidange Vrin pneumatique

Manomtre

Entre d'air filtr et lubrifi

a)Pressostat Rgulateur

Coulisseau

Vanne de vidange

Figure 2 : Systme standard de contrepoids pneumatique


7

3.2.2 Fonctionnement actuel des systmes typesLorsque le cycle de fonctionnement de la presse dbute, le coulisseau descend verticalement en entranant le ou les vrins pneumatiques. Le dplacement du piston du vrin entrane une augmentation de la pression dans le circuit pneumatique. Le systme de rgulation intervient alors en ramenant la pression la valeur rgle sur la vanne de contrle manuelle. Aprs le travail de la matrice effectu au point mort bas (PMB), le coulisseau remonte avec le piston. La pression diminue donc dans le circuit pneumatique et un certain volume dair peut tre introduit pour compenser les pertes ou chappements.

3.2.3 RleLe contrepoids pneumatique exerce sur le coulisseau une force verticale ascendante durant tout le cycle de fonctionnement de la presse. Dans la phase de descente, celle-ci soppose au mouvement tandis que dans la phase de monte, elle va dans le sens du dplacement du coulisseau. Ainsi, le systme de contrepoids pneumatique permet de rduire la consommation excessive dnergie ainsi quune partie des dommages et des usures occasionns aux organes de la presse lors de son fonctionnement. Cependant, la signification du rle du contrepoids diffre suivant les sources consultes : constructeurs, utilisateurs ou autre source dinformation. Voici les dfinitions recueillies : Selon le dictionnaire en ligne www.granddictionnaire.com [9] : Dispositif destin quilibrer le poids du coulisseau et de tout ce qui lui est rattach, rattraper automatiquement le jeu dans les paliers du vilebrequin, des bielles et des engrenages et viter la chute du coulisseau en cas de rupture de la bielle. Selon Techniques de lingnieur [10] : Ce sont des vrins pneumatiques qui rattrapent les jeux en rappelant le coulisseau vers le haut et qui vitent galement sa chute en cas de rupture de la bielle. Selon une documentation de Ross [11] : Un quilibreur pneumatique rduit les dommages sur les composants de la transmission causs par les efforts importants mis en jeu lors du changement de direction du coulisseau aprs avoir effectu son travail. Selon un article de la revue The Fabricator [12] : Un quilibreur fonctionnant correctement retient en engagement positif toutes les liaisons afin dliminer au point mort bas les effets de chocs.

8


Selon larticle de la revue Sheet Metal Industries [11] :

Un concepteur calcule la taille des vrins de contrepoids de manire quilibrer les masses du coulisseau et de la matrice suprieure. Sil ne connat pas le poids de cette dernire, il fera ses calculs avec la masse dun bloc de dimension Lc x 1c x h avec : Lc : longueur nominale du coulisseau 1c : largeur nominale du coulisseau h : hauteur prise gale au tiers de la distance bas du coulisseau au PMB la lumire de ces diffrentes dfinitions et de nos connaissances des presses, nous pouvons dfinir les fonctions principales dun contrepoids pneumatique comme servant : 1. viter la chute du coulisseau en cas de rupture de la bielle; 2. quilibrer statiquement le poids du coulisseau et de ce qui lui est rattach; 3. Rattraper les jeux de manire viter les chocs dus au dplacement du jeu lors de lopration de formation au PMB. Compte tenu des nombreuses et diverses significations du rle du contrepoids pneumatique, nous allons faire une tude mcanique (statique et dynamique) de ce mcanisme pour mettre en valeur ses diffrentes fonctions, ses plages de fonctionnement et ses limites.


9

4. 4.1

TUDE MCANIQUE tude statique

Ltude thorique de lquilibrage statique du coulisseau et de la matrice qui lui est rattache est relativement simple raliser. En effet, il suffit deffectuer le rglage de la pression jauge de sorte que leffort exerc par le contrepoids pneumatique (Fv) soit gal et oppos au poids total du coulisseau et de la matrice suprieure (P). Cette tude est valide quelle que soit la matrice utilise et la position angulaire du vilebrequin. Fv = P quation 1 Dans le cas o il est ncessaire dquilibrer statiquement le coulisseau et tout ce qui lui est rattach (matrice, bielle, ...), il faut considrer dautres facteurs tels que les centres de gravit et les poids de la bielle et du vilebrequin. De plus, on notera que la pression jauge du contrepoids pneumatique ncessaire cet quilibre variera suivant la position dans laquelle se trouve le vilebrequin. Fv = fonction (R, L, Lg, Rg, v, P, Pb, Pv) quation 2 Avec : rayon dexcentricit du vilebrequin longueur de la bielle position du centre de gravit du vilebrequin par rapport son axe de rotation distance entre le centre de gravit de la bielle et le centre de la liaison bielle / vilebrequin v : position angulaire du vilebrequin P : poids du coulisseau et de la matrice qui lui est rattache Pb : poids de la bielle Pv : poids du vilebrequin Lquation 2 devient : L .R 2 sin( v ). cos( v ) Pb .R. sin( v ) + Pv .R g . sin( v ) Pb . g . 2 2 L R 1 . sin 2 ( v ) L Fv = P + 2 sin( v ). cos( v ) R R. sin( v ) . 2 L R 1 . sin 2 ( v ) L v 0 _ [ ] quation 3 R: L: Lg : Rg :

La figure suivante montre lvolution de la force du contrepoids pneumatique qui est ncessaire pour quilibrer statiquement le coulisseau et tous les lments qui lui sont rattachs (tableau 1) en fonction de la position angulaire du vilebrequin.

10


Fv (N)17800

17700

(mc + mm + mb).g17600

17500

17400 0 30 60 90 120 150 180

v (degrs)

Figure 3 : Force du contrepoids ncessaire pour lquilibrage statique en fonction de langle du vilebrequin Tableau 1: Valeurs des paramtres de la presse 100 T Paramtre Valeur mc (kg) 1 243 mb (kg) 302 mm (kg) 250 mv (kg) 400 R (m) 0,0508 L (m) 0,6604 Lg (m) 0,095 Rg (m) 0

Dans le cas o Rg est nul, il est intressant de noter que, pour un angle de 90 degrs du vilebrequin, la force gnre par le contrepoids correspond exactement la somme des poids du coulisseau, de la matrice suprieure et de la bielle : Fv = P + P bquation 4

De plus, comme cela a t dcrit prcdemment, le rle du contrepoids est dquilibrer le coulisseau et tout ce qui lui est rattach mais aussi dviter sa chute suite la rupture de la bielle ou suite une dfaillance de lembrayage ou du frein larrt (PMH). Cest pourquoi il est ncessaire de considrer la valeur maximale de rglage de la pression jauge dans la mesure o lcart constat entre la pression 0 degr et 90 degrs est important.

4.2

tude dynamique

Lors du fonctionnement de la presse, le coulisseau se dplace verticalement avec une vitesse variable. Il est donc sujet de nombreuses forces (raction, inertie, gravitation) fonction de son propre poids, de celui de la matrice qui lui est rattache, de laction de la bielle ou du contrepoids pneumatique. Une tude cinmatique du systme de transformation du mouvement permet de dterminer lquation de lacclration du coulisseau en fonction des paramtres de rglage de la presse. Lquation de lacclration verticale du coulisseau est alors : sin 2 (2. v ) 2. cos 2 ( v ) 1 1 2 Ac = cos( v ) . quation 5 .R. v 3 2 2 4 2 2 r sin ( v ) r sin ( v ) 2

(

)


11

avec : Ac : v : r: R: v : acclration verticale du coulisseau angle du vilebrequin rapport de la longueur de la bielle sur le rayon dexcentricit du vilebrequin rayon dexcentricit du vilebrequin vitesse de rotation du vilebrequin

Cette acclration introduit une force dinertie au niveau du coulisseau gale au produit de lacclration verticale du coulisseau par sa masse et celle de la matrice suprieure qui lui est rattache. Il est important de noter que la force dinertie du coulisseau ne dpend que des caractristiques gomtriques et de la vitesse de la presse. Compte tenu du mouvement alternatif du coulisseau (cf. exemple ci-aprs de la presse 100 T, tableau 2 et figure 4), lacclration nest pas constante et change de signe durant le cycle de fonctionnement de la presse. La force dinertie applique au coulisseau atteint sa valeur maximale au PMB. On notera que plus la valeur de r (rapport de la longueur de la bielle sur le rayon dexcentricit du vilebrequin) sera petite, plus linertie sera grande au PMB.Tableau 2: Valeurs des paramtres de la presse 100 T pour le calcul de linertie Paramtre Valeur Cadence (cpm) 150 (15.7 rad/s) Course (m) 0,1016 Rayon exc. (m) 0,0508 r (Rapport L/R) 13 Masse (kg) 1 493

Fic (N) Mise en compression des liaisons Mise en tension des liaisons21000 17500 14000 10500 7000 3500 0 -3500 -7000 -10500 -14000 -17500 -21000 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

v (degrs)

Figure 4 : Force dinertie applique au coulisseau en fonction de langle du vilebrequin

Dans ce cas, nous aurons : Fic = Masse x Acclration La variation et le changement de signe de cette force dinertie tendent dplacer les jeux dans les liaisons notamment entre le coulisseau et la bielle et entre la bielle et le vilebrequin.

Chargement

12


On utilise les termes de compression et de tension pour dfinir la position des jeux au niveau des liaisons entre la bielle et le coulisseau et la bielle et le vilebrequin. La figure 5 illustre les deux situations (compression et tension).

Bielle sous tension

Points de contact dans les liaisons

Bielle en compression

Points de contact dans les liaisons

Figure 5 : Position des jeux de liaison en compression (gauche) et en tension (droite)

4.3

Phnomne de choc

Comme ltude dynamique prcdente la montr, leffort entre le coulisseau et la bielle nest pas constant lors du cycle de fonctionnement de la presse. Des efforts variables apparaissent alors au niveau des liaisons du systme de transformation du mouvement. Ce phnomne a pour consquence dintroduire de violents chocs dans les liaisons entre le coulisseau et la bielle et entre la bielle et le vilebrequin, notamment lors de lopration de formage qui met lensemble mcanique en compression. En effet, il existe deux origines pour ces chocs : tout dabord, les efforts variables crs par les forces dinertie, et leffort d lopration de formage au PMB. Les liaisons qui relient le coulisseau la bielle ainsi que la bielle et le vilebrequin ne sont pas parfaites et possdent des jeux de fonctionnement. Ainsi le point de contact change au cours du cycle de fonctionnement de la presse comme le montre la figure 6 suivante. Un rglage appropri de la pression jauge du contrepoids pneumatique de la presse permet de rduire, voire dliminer compltement, la prsence de ces contraintes : lutilisation du contrepoids peut permettre de charger la bielle en compression durant tout le cycle de fonctionnement de la presse et ainsi dviter ce problme. Cependant, il est important de retenir quun tel rglage nest pas toujours possible, ni toujours recommandable. En effet, la cadence de la presse peut entraner des forces dinertie trop grandes, qui ne peuvent tre compenses par le contrepoids ou qui ncessiteraient un surquilibrage important du contrepoids avec tous les inconvnients associs. Il faut donc toujours considrer dans quelle mesure il est ncessaire daugmenter la valeur de la pression pour rattraper les jeux des liaisons.


13

Compression Compression due au formage

Tension

Figure 6: Points de contact de la bielle lors du cycle de la presse

4.4

Influence sur lquilibrage

4.4.1 Liaison bielle / coulisseauLe coulisseau est soumis son propre poids et celui de la matrice suprieure qui lui est rattache, la force dinertie, laction de la bielle sur le coulisseau et la force exerce par le contrepoids pneumatique. La force note B correspondant laction de la bielle sur le coulisseau nest priori pas connue ni en intensit ni en direction. Cest pourquoi, cette dernire a t place arbitrairement de faon ascendante. Il faut noter que la figure 7 reprsente seulement les rsultantes verticales des forces qui sappliquent sur le coulisseau. De plus, par soucis de simplification, aucun phnomne de frottement na t pris en compte dans cette tude. Nous avons: Fic : force dinertie verticale au niveau du coulisseau P : poids du coulisseau et de la matrice suprieure Fv : action du contrepoids sur le coulisseau (considre constante durant tout le cycle de fonctionnement) Bx : rsultante verticale de laction de la bielle sur le coulisseau

14


Fic

B x Fv

P

Figure 7 : Bilan des forces appliques au coulisseau

Lapplication du principe fondamental de la dynamique permet dtablir lquation suivante : P Fic Fv Bx = 0 quation 6 Pour liminer les phnomnes de choc dans cette liaison, il faut que leffort Bx reste toujours ngatif suivant le dplacement du coulisseau, soit : Bx < 0 entrane Fv > P Fic quation 7 Do : sin 2 (2. v ) 2. cos 2 ( v ) 1 1 2 Fv > (mc + mm ). g cos( v ) . .R. v quation 8 3 4 2 2 r 2 sin 2 ( v ) 2 r sin ( v )

(

)

4.4.2 Liaison bielle vilebrequinLa bielle est soumise son propre poids (Pb), la force dinertie verticale (Fib), laction du coulisseau sur la bielle (Bx) et laction verticale du vilebrequin sur la bielle (Ax). La force note Ax correspondant laction du vilebrequin sur la bielle nest priori pas connue ni en intensit ni en direction. Cest pourquoi, cette dernire a t place arbitrairement de faon ascendante. Il faut noter que la figure 8 reprsente seulement les rsultantes verticales des forces qui sappliquent sur la bielle. De plus, par soucis de simplifier la dmonstration, aucun phnomne de frottement na t pris en compte dans cette tude. Nous avons : Fib : Pb : Ax : Bx : force dinertie verticale au niveau de la bielle applique au centre dinertie poids de la bielle rsultante verticale de laction du vilebrequin sur la bielle rsultante verticale de laction du coulisseau sur la bielle


15

Lapplication du principe fondamental de la dynamique permet dtablir lquation suivante : Pb Fib + Bx Ax = 0

Ax

quation 9

Fib

Pour liminer les phnomnes de choc dans cette liaison, il faut que leffort Ax reste toujours ngatif suivant le dplacement du coulisseau, soit : Ax < 0 entrane Fv > P + Pb Fic Fib

Pb

quation 10 Bx

Figure 8 : Bilan des forces appliques la bielle

do :

(mc + mm ).g + mb .g sin 2 (2. v ) 2. cos 2 ( v ) 1 1 2 3 .R.v (mc + mm ). cos( v ) 4 . 2 2 r sin ( v ) r 2 sin 2 ( v ) 2 Fv > sin 2 (2. v ) 2. cos 2 ( v ) 1 k1 .R.v2 k1 . mb . cos( v ) . 3 4 r 2 sin 2 ( v ) r 2 sin 2 ( v ) 2

(

)

quation 11

(

)

4.4.3 RcapitulatifAinsi, afin dviter les chocs dans ces liaisons, il est possible de rattraper les jeux dans les liaisons bielle / coulisseau et bielle / vilebrequin en appliquant une pression jauge adapte. Cependant, comme il la t prcis prcdemment, ce rattrapage de jeux nest pas toujours ralisable notamment pour les presses cadence leve et dont les masses en mouvement sont importantes. Les deux figures suivantes (figure 9 et figure 10) illustrent lvolution des efforts dans ces liaisons en fonction de la position du vilebrequin et du rglage du contrepoids dans trois cas : : quilibrage statique du coulisseau, de la matrice suprieure et de la bielle; : cas + compensation des forces dinertie du coulisseau et de la matrice suprieure; : cas + compensation des forces dinertie de la bielle.

16


Tableau 3: Valeurs des paramtres de la presse 100 T pour le calcul des efforts dans les liaisons Paramtre Valeur Cadence (cpm) 100 (10,46 rad/s)Effort (N) 40000 30000 20000 10000 0 0 -10000 -20000 -30000 -40000 Position angulaire du vilebrequin (degrs) -50000 90 180 270 360

L (m) 0,6604

Lg (m) 0,095

R (m) 0,058

mb (kg) 302

mc (kg) 1 243

mm (kg) 250

Effort dans la liaison bielle / coulisseauEquilibrage n1 Equilibrage n2 Equilibrage n3

1

2 3

Figure 9 : Effort dans la liaison bielle / coulisseau selon les niveaux dquilibrageEffort (N) 50000 40000 30000 20000 10000 0 0 -10000 -20000 -30000 -40000 Position angulaire du vilebrequin (degrs) -50000 90 180

,

et

Effort dans la liaison bielle / vilebrequinEquilbrage n1 Equilbrage n2 Equilbrage n3

1

2

270

360

3

Figure 10 : Effort dans la liaison bielle / vilebrequin selon les niveaux dquilibrage

,

et

4.5

Comportement du contrepoids

Les systmes de rgulation permettent de conserver la valeur de la pression jauge rgle dans le circuit pneumatique lors du cycle de fonctionnement de la presse. Cependant, cette rgulation est plus ou moins exacte suivant la technologie utilise et la cadence de la presse. En effet, lors de nombreuses visites, il a t observ des variations de 15 psi (103 kPa) pour une pression dsire


17

de 45 psi (310 kPa) a la mi-course du coulisseau (auquel tait attache une matrice trs lgre), soit plus de 30 % de variation. Gnralement, le circuit pneumatique du contrepoids est utilis selon les deux modes de fonctionnement de la presse : le mode manuel et le mode continu. Lors du dmarrage en mode manuel, lorsque le coulisseau est son point mort haut depuis un certain temps, la pression dans les vrins du contrepoids pneumatique et dans les rservoirs daccumulation est celle qui est indique par le rgulateur pneumatique (pression de rfrence au point de rfrence). Lors de la descente du coulisseau, la pression augmente, compte tenu du dplacement de la tige des vrins, et le rgulateur joue alors son rle (de rducteur de pression) en laissant chapper de lair. Cependant, cette rgulation ne peut tre que partielle compte tenu de la vitesse du cycle. Ensuite, lors de la remonte du coulisseau, la pression diminue, et si elle devient infrieure la pression de rfrence, le rgulateur fait entrer de lair comprim dans le circuit. De ce fait, la pression mi-course du vilebrequin est toujours suprieure la pression de rfrence. Ce scnario se reproduit lors du premier tour de la presse en mode continu. Mais ensuite, aprs plusieurs cycles, le rgulateur essaye de limiter au mieux les pics et chutes de pression dus respectivement aux positions basses (PMB) et hautes (PMH) du coulisseau. Le nouveau point de rfrence devient alors la mi-course. De ce fait, en position haute, la pression est lgrement plus faible et en position basse, la pression est lgrement plus leve que la pression de rfrence. Pour les presses cadence faible, la rgulation est plus efficace compte tenu des longs temps de cycle, et cest pourquoi lon observe sur ces modles de faibles variations de pression. Compte tenu de ces diffrences de rgulation expliques prcdemment, il en rsulte que la pression dans les vrins du contrepoids pneumatique est plus leve en mode manuel ou lors des premiers cycles (dmarrage) en mode continu que lors du fonctionnement en mode continu. Ce faisant, le contrepoids pneumatique exerce un effort suprieur en mode manuel par rapport au mode continu. Ainsi, un quilibrage en mode continu pourra conduire un surquilibrage en mode manuel (Fv manuel > Fv continu). Un modle simulant la variation de la pression du contrepoids suivant le mode de fonctionnement (figures 11 et 12) et suivant la course du coulisseau a t mis en place notamment dans les rapports dtudes effectus prcdemment. Les principaux paramtres utiliss sont dtaills dans le tableau 4.Tableau 4: Paramtres utiliss pour la simulation de la variation de la pression du contrepoids

Px Pg xc C rv

Pression du contrepoids pneumatique Pression jauge initiale Dplacement du coulisseau Course totale du coulisseau Rapport entre le volume dair dplac par les vrins et le volume dair des rservoirs et des conduites pneumatiques

18


Les quations sont : En mode manuel :

1 + rv Px = Pg . xc 1 + rv .1 C

quation 12

Pression (psi) 70 rv rv 65 rv rv 60 rv 55 50 45 40 35 30 25 20 0,00

=1 = 1/3 = 1/5 = 1/7 = 1/9

rv rv rv rv rv

= 1/2 = 1/4 = 1/6 = 1/8 = 1/10

Dplacement du coulisseau (mm) 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10

Figure 11 : Pression du contrepoids en mode manuel suivant la position du coulisseau


19

En mode continu : r 1+ v 2 Px = Pg . x 1 + rv .1 c C

quation 13

Pression (psi) 100 90 80 70 60 50 40 Dplacement du coulisseau (mm) 30 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 rv rv rv rv rv =1 = 1/3 = 1/5 = 1/7 = 1/9 rv rv rv rv rv = 1/2 = 1/4 = 1/6 = 1/8 = 1/10

Figure 12 : Pression du contrepoids en mode continu suivant la position du coulisseau


21

5.

MTHODES DQUILIBRAGE

Il convient de distinguer lquilibrage statique (quilibre du poids du coulisseau et de la matrice suprieure) et le rattrapage des jeux au PMB.

5.1

Mthode n 1

La premire mthode consiste retrouver le fabricant de la presse, et lui demander de fournir de nouveau la plaque signaltique recherche pour le rglage du contrepoids pneumatique. Cependant, linformation nest souvent plus disponible car les presses utilises sont en gnral assez vieilles et les constructeurs de ces machines peuvent ne plus exister ou encore ne plus avoir en leur possession les documentations relatives la presse. De plus, la presse peut avoir t modifie aprs sa conception tant au niveau du contrepoids ou du fonctionnement gnral (modification du coulisseau, des organes de liaisons, ...), sans que cela nait t indiqu. Les abaques de rglage de pression pour le contrepoids fournis par le constructeur ne seront donc plus applicables.

5.2

Mthode n 2

La seconde mthode consiste mesurer le courant lectrique du moteur dentranement, lorsque le coulisseau fonctionne vide (i.c. sans pice dans la matrice), et de rgler la pression du contrepoids pour que la charge du moteur soit identique la descente et la remonte du coulisseau. Compte tenu des diffrents parasites (bruits lectriques, friction mcanique) prsents ainsi que la prcision des outils de mesure (ampremtre et manomtre), cette mthode nest pas prcise et peut facilement amener des erreurs significatives sur le rglage de la pression du contrepoids. Ce rglage est dautant plus difficile raliser lorsque la variation de la pression du contrepoids entre les positions haute (PMH) et basse (PMB) est importante. En effet, de grandes variations de pression, allant jusqu 30 psi sont frquentes. Ce rglage est aussi dlicat raliser si le temps de cycle est court, car la lecture de lampremtre devient alors trs difficile. De plus, cette procdure doit tre effectue pour toutes les matrices qui seront utilises sur la presse, surtout si les poids des matrices suprieures sont sensiblement diffrents. Cependant, on peut noter que sur certaines presses, un ampremtre est plac directement sur la structure et permet lutilisateur de savoir comment travaille la machine et ainsi dajuster la pression jauge du contrepoids pneumatique. La reprsentation graphique suivante (figure 13) illustre la variation de la puissance de moteur lors de laugmentation de la pression du contrepoids pneumatique (passage dun tat de sousquilibrage un tat de surquilibrage). On notera que cette courbe a t obtenue suite une simulation informatique. Une application numrique apparat dans lannexe A de ce rapport.

22


Puissance Moteur

zone d'quilibre

Pg

sous-quilibrage

surquilibrage

Figure 13 : Influence de lquilibrage du contrepoids sur la puissance du moteur

5.3

Mthode n 3

La troisime mthode consiste arrter le coulisseau au milieu de sa course (vilebrequin 90) tout en le maintenant solidement en place. Une fois ceci fait, lensemble mcanique compos de la matrice suprieure, du coulisseau, de la bielle et du vilebrequin est dsolidaris du moteur et le frein est dsactiv. Ensuite, il reste trouver la pression du contrepoids qui permet dquilibrer les efforts au niveau du coulisseau (ce dernier peut alors rester sa position dquilibre sans aucun apport). Mais cette opration est longue et difficile car elle ncessite : de bien bloquer le coulisseau, dabaisser la pression du contrepoids pour que le coulisseau repose sur ses blocs, de dcoupler le moteur du volant de la presse, de dconnecter la vanne de scurit de son circuit de commande et la brancher sur un circuit de contournement afin de dsactiver le frein et activer lembrayage, enfin daugmenter graduellement la pression du contrepoids pour obtenir lquilibre du coulisseau. De plus, cette mthode fait intervenir des problmes de rsistance statique. En effet, la pression ncessaire la mise en mouvement dun objet est plus importante que celle ncessaire son quilibrage quand celui-ci est dj en dplacement (friction dynamique < friction statique). Dautre part, cette mthode nest pas utilisable pour les presses lentes et surtout celles forts tonnages, qui comportent un rducteur engrenage avant le vilebrequin, car les rsultats obtenus seraient alors peu prcis.


23

Cependant, il faut noter que contrairement la seconde mthode, il ne sera pas ncessaire de rditer lopration pour toutes les matrices utilises. En effet, en considrant la diffrence massique des matrices suprieures, il suffira dajuster la pression du contrepoids pneumatique daprs les caractristiques des vrins pneumatiques (Pg = Masse x 9,81 / Surface vrins). On notera que ces essais peuvent permettre destimer le poids du coulisseau et des diffrentes matrices utilises. Les donnes obtenues pourront alors permettre llaboration dun abaque thorique pour lquilibrage statique du coulisseau et de la matrice qui lui est rattache ou le rattrapage des jeux au PMB.


25

6.

APPROCHE PROPOSE

Les mthodes de rglage de la pression jauge du contrepoids pneumatique proposes prcdemment sont assez longues mettre en oeuvre et demandent parfois certains outils que ne possdent pas lutilisateur ou le possesseur de la machine. Cependant, une mthode de substitution existe. Cette nouvelle approche comporte 5 grandes tapes qui sont dcrites ci-dessous.

6.1

Caractrisation de la machine et du systme de contrepoids

Avant deffectuer tout rglage, il est ncessaire didentifier les diffrentes caractristiques de la presse et du systme de contrepoids pneumatique. Cette priode didentification vise connatre : les dimensions de la presse; les caractristiques de fonctionnement (course, cadence); les caractristiques du coulisseau, de la bielle et du vilebrequin (dimensions, poids, centres de gravit); les caractristiques de matrices suprieures utilises; le type de contrepoids pneumatique; les rglages limites de la pression jauge (minimum et maximum).

6.2

tablissement de la pression de rglage

Pour dfinir la pression jauge ncessaire tablir lquilibrage statique du coulisseau et tout ce qui lui est rattach, deux approches sont possibles. La premire consiste calculer, partir des caractristiques de la presse (masse du coulisseau, de la matrice suprieure et de la bielle, taille du vrin), la pression jauge correspondante. Cependant, certaines de ces donnes peuvent tre difficilement accessibles (masse de la bielle et du coulisseau). En labsence de ces valeurs de masse, la seconde approche simpose. Cette seconde approche consiste arrter le coulisseau au milieu de sa course (vilebrequin 90) et placer deux comparateurs, lun sur le coulisseau et lautre sur la bielle. Ensuite, en augmentant et en diminuant la pression jauge, on note les valeurs pour lesquelles un dplacement vertical est dtect au niveau des comparateurs. Ainsi, une variation pour le comparateur du coulisseau indiquera que celui-ci est quilibr, et pour la bielle que le coulisseau et tout ce qui lui est rattach est quilibr. Cet quilibrage peut se faire avec ou sans matrice suprieure. Dans le cas o une matrice est attache au coulisseau, il suffira de noter la pression ncessaire lquilibrage de la masse excdante induite par la matrice la pression dquilibre releve. Par rapport la mthode n3 du chapitre prcdent, cette nouvelle mthode ne ncessite pas de dmonter la presse (de un deux jours de travail selon la taille de la presse) et peut tre ralise par une seule personne rapidement (en moins dune heure).

26


Cependant, il se peut que le placement dun comparateur au niveau de la bielle soit difficile raliser du fait de la gomtrie de la presse ou par le manque de point daccroche du matriel de mesure. Dans ce cas, il est possible de palier ce problme en nutilisant quun seul comparateur plac au niveau du coulisseau (figure 14). Ainsi, comme le montre le schma ci-dessous, il est possible destimer la valeur des pressions dquilibre en dtectant le 1er mouvement du coulisseau lorsque celuici est quilibr puis le 2me dplacement lorsque le coulisseau et la bielle sont quilibrs (figure 15). Cette approche est un peu moins prcise que la prcdente mais prsente tout de mme de bons rsultats.Figure 14 : Utilisation dun seul comparateur sous le coulisseau

Vilebrequin 90

Dplacement du coulisseau

quilibrage du coulisseau et de la bielle quilibrage du coulisseau Effort du contrepoids pneumatique Pression jauge

Figure 15 : Visualisation des deux phases distinctes dquilibrage

6.3

Ajustement de la pression

Le rglage de la pression jauge effectu prcdemment correspond lquilibrage statique. Cependant, durant le cycle de fonctionnement, ce rglage peut ne plus correspondre parfaitement au but recherch. En effet, comme cela a t mentionn prcdemment, les variations de la pression du contrepoids interviennent. Cest pourquoi il est ncessaire deffectuer un ajustement du rglage lors du fonctionnement de la presse.


27

Cet ajustement peut tre fait laide dun systme de mesure qui permet denregistrer les temps de fermeture et douverture de la presse. Ainsi, si lquilibrage statique est bien ralis, ces temps seront gaux (figure 16). Dans le cas contraire, il faudra effectuer une modification en consquence : Temps fermeture > Temps ouverture : surquilibrage, do diminution de la pression Temps fermeture = Temps ouverture : quilibrage Temps fermeture < Temps ouverture : sous-quilibrage, do augmentation de la pressionTemps de fermeture - Temps d'ouvertureSurquilibrage

Zone d'quilibre statique

Pression jauge

Sous-quilibrage

Figure 16 : Position de la zone dquilibre statique selon la diffrence entre les temps de fermeture et douverture

6.4

Ralisation de labaque dutilisation

Lorsque lajustement a t effectu pour une masse de matrice donne, le rglage des pressions jauges pour les autres masses de matrices se fait par des essais successifs sur la presse. Ces tests permettront ainsi la ralisation dun abaque de rglage de la pression jauge en fonction de la masse de la matrice suprieure. Cependant, si le nombre de matrices tester est trop important ou si le temps ncessaire cette opration nest pas disponible, il est possible destimer les valeurs de rglage en effectuant une translation de valeur (Pg = Masse x 9.81 / Surface des vrins). Nanmoins, il est important de noter que ces estimations napporteront pas autant de prcision quant la valeur de la pression dquilibrage et donc pourront induire des effets dus un sous ou un surquilibrage (usure, chocs, ...). Enfin, chaque abaque ralis laide de cette mthode ne sapplique que sur la presse pour laquelle il a t tabli et ne peut donc pas tre utilis sur dautres presses de taille diffrente.

28


Dautres ajustements et modifications de labaque peuvent tre mis en uvre afin damliorer cet outil de rglage. Ainsi, lors du cycle de fonctionnement de la presse, si des bruits anormaux apparaissent ou si des dfauts notables apparaissent au niveau des pices fabriques, il est alors indispensable de revoir les pressions jauges utilises ainsi que labaque tabli.

6.5

Suivi et mise jour de labaque

Lusure des lments mcaniques et du systme pneumatique est invitable et peut conduire modifier la pression dquilibre au niveau du contrepoids pneumatique. Un suivi rgulier de la pression jauge permet de rectifier les rglages et souvent didentifier lapparition de problmes laide de labaque. En effet, si aprs un certain temps dutilisation, la pression jauge ncessaire lquilibrage est beaucoup plus leve ou plus faible que celle releve lors de ltablissement de labaque (pour les mmes conditions de fonctionnement : cadence, masse de matrice), il peut sagir de lapparition dune usure ou dun dfaut de fonctionnement (usures du frein, des vrins, des conduites, du moteur dentranement, ...).

6.6

Remarque

La mthode mise en place prcdemment ne concerne que lquilibrage du coulisseau et tout ce qui lui est rattach mais ne prend pas en compte le rattrapage des jeux des liaisons entre la bielle et le coulisseau et entre la bielle et le vilebrequin. En effet, mme si laide des calculs thoriques mens prcdemment, il est possible dtablir la valeur de la pression jauge ncessaire pour maintenir ces jeux durant le cycle de fonctionnement de la presse, il nen est pas de mme, en pratique, pour le rglage sur la machine. A ce jour, peu de mthodes pratiques existent permettant de mesurer ou mme dvaluer le rattrapage des jeux. Cependant, pour les presses faible cadence, il est possible destimer lajustement ncessaire (en gnral assez faible) entre la pression jauge pour lquilibre du coulisseau et tout ce qui lui est rattach et la pression jauge pour le rattrapage des jeux. Par ailleurs, parfois seule la variation de la pression du contrepoids lors de la descente du coulisseau remplit ce rle. Pour les presses de plus grande cadence et de plus faible capacit une tude pratique est ralisable laide dun acclromtre plac sur le coulisseau. Ainsi, il est possible de visualiser la prsence ventuelle de chocs dus au rattrapage des jeux de liaisons (tableau 5 et figures 17 23) et ainsi de rajuster la pression jauge du contrepoids pneumatique.Tableau 5: Valeurs des paramtres de la presse 8 T pour la visualisation de chocs avec un acclromtre Paramtre Valeur Cadence (cpm) 100 mc kg 11.14 R cm 3.81 mm kg 0 L cm 15.24 mb kg 4.98


29

Montage gnral propos :Vilebrequin en rotation

Systme d'acquisition

Acclromtre Effort du contrepoids pneumatique

Figure 17 : Montage dun acclromtre sur la matrice suprieure

6.6.1 Exemple dapplication pour une presse 8 T

Pg = 20 psi (sous-quilibrage)

On visualise aisment plusieurs dformations (1) (2) de la courbe dacclration (figure 18) qui correspondent aux chocs dus aux rattrapages des jeux. Nous pouvons donc conclure que lon se situe nettement en sousquilibrage.

1

2

Figure 18 : Sous quilibrage Pg = 20 psi

30


Pg = 40 psi (sous-quilibrage)

Les dformations existent toujours (3) (4) mais se sont dplaces (figure 19). Nous sommes toujours en situation de sous quilibrage.3

4

Figure 19 : quilibrage Pg = 40 psi

Pg = 50 psi (quilibrage)

Les chocs ont totalement disparus et la courbe est devenue lisse (figure 20). On peut donc estimer que dans cette configuration pour le contrepoids pneumatique, le rattrapage des jeux dans les liaisons est effectu.

6

Figure 20 : quilibrage Pg = 50 psi

Pg = 80 psi (surquilibrage)

On observe lapparition de nouveaux phnomnes (5) (6) plutt lis aux efforts gnrs par le contrepoids (figure 21). Il convient de noter que les mesures prcdentes ont t ralises en laboratoire sur une presse de trs faible capacit et cadence leve. Cependant, plusieurs essais en entreprise nous ont permis dprouver cette mthode et den valider le principe.

5

6

Figure 21 : Surquilibrage Pg = 80 psi

Nanmoins, il a t constat que dans certains cas, ltude de ce phnomne est dlicate raliser. En effet, le bruit provenant des autres machines et le niveau vibratoire des lments


31

internes de la presse doivent tre faibles par rapport lacclration du coulisseau et lintensit des chocs dans les liaisons, sinon les mesures sont difficilement exploitables (voir figure 22).

Figure 22 : Relevs dacclration brouills


33

7.

PROBLMES DUS AUX MAUVAIS RGLAGES

Lors dun cycle de fonctionnement, les diffrents organes de la presse sont soumis diffrentes contraintes. La plupart de celles-ci sont en partie limines par le systme de contrepoids pneumatique. Ainsi, un ajustement incorrect du contrepoids entrane de nombreux effets sur les performances de la presse. En effet, le poids du coulisseau et tout ce qui lui est rattach prsente une influence non ngligeable sur le fonctionnement de la presse lors de lopration de formage. Deux cas se prsentent : le sous-quilibrage et le surquilibrage. Chacune de ces situations prsente de nombreux inconvnients quil faut liminer par un ajustement correct de la pression jauge.

7.1

Sous-pression

Un rglage du contrepoids en sous-pression prsente de nombreux inconvnients tant du point de vue de la scurit pour les utilisateurs que dun point de vue conomique. En effet, sous laction du poids du coulisseau et de la matrice suprieure qui nest pas totalement quilibre, des chocs interviennent au niveau de la liaison entre le coulisseau et la bielle au moment du formage des pices. Ce phnomne peut entraner une usure prmature du lardon de guidage du coulisseau et une perte de paralllisme entre les surfaces en contact des deux matrices pouvant augmenter le pourcentage de pices mettre au rebut. On notera galement que suite ce sous-quilibrage, les matrices infrieure et suprieure suseront plus rapidement. Enfin, les temps darrt de la presse seront augments et la capacit de retenue du coulisseau et de la matrice suprieure sera diminue. Ces deux situations entraneront une rduction de la scurit pour le personnel utilisant ces machines en rendant possible laccs entre les deux matrices au cours de la phase de freinage ou en nempchant pas la chute du coulisseau et de la matrice suprieure lors de la rupture de la bielle. De fait, un rglage en sous-pression entrane : Une usure prmature ou endommagement des matrices; Beaucoup de pices au rebut; Une diminution de la scurit par le non-soutien de la charge; Lendommagement de lenveloppe du cylindre; Une usure du lardon de guidage du coulisseau et des autres liaisons; Une perte de paralllisme entre les surfaces en contact des deux matrices; Laugmentation du temps darrt de la presse.

La diminution de la scurit par le non-soutien de la charge ainsi que laugmentation du temps darrt de la presse sont deux lments quil faut tout prix viter. En effet, il est rare que la bielle casse lorsque la presse est arrte, mais si le contrepoids ne joue pas son rle de retenue, la chute du coulisseau et de la matrice qui lui est fixe sera invitable et ne laissera aucune chance au personnel qui se trouvera cet instant dans la zone dangereuse situe entre la matrice infrieure (fixe) et la matrice suprieure (mobile).

34


7.2

Surpression

Un rglage en surpression prsente galement des inconvnients majeurs. Ainsi, lors de la phase de descente du coulisseau, lnergie emmagasine dans le volant dinertie sera en partie absorbe par les vrins pneumatiques. Lors de lopration de formage, lnergie restante peut se rvler insuffisante conduisant alors un collage des deux parties de la matrice. De plus, le contrepoids sopposant au mouvement dans la phase de descente, une pression jauge trop importante entranera une usure excessive du moteur (surcharge) et du systme dembrayage et de frein lors de la mise en cycle. Les roulements et les liaisons seront galement soumis de fortes contraintes obligeant effectuer de frquentes et coteuses oprations de maintenance. De fait, un rglage en surpression entrane : Le collage des deux parties de la matrice; Une usure excessive de lembrayage et du frein; Un arrt imprcis du coulisseau; Une perte de productivit due au dbrayage du moteur surcharg; Des cots de maintenance levs pour cause dusure prmature des bielles et des portes de roulements; Une vitesse du coulisseau non constante; Une hausse de la consommation dair comprim.

Cependant, un rglage en surpression peut tre acceptable si la pression requise est ncessaire pour maintenir les jeux des composants de la presse au point mort bas. Ceci aura pour but de conserver le paralllisme, de minimiser lusure, de rduire les contraintes sur la presse, de rduire les cots dutilisation et de maintenance et daugmenter la scurit gnrale. De plus, un rglage en surpression permet de diminuer le temps de freinage de la presse, ce qui augmente la scurit des utilisateurs. Un rglage en surpression est pas recommand mais est plus acceptable quun rglage en sous-pression. Il est important de noter que les contrepoids pneumatiques sont dimensionns pour quilibrer le poids du coulisseau et de ce qui lui est rattach. Il est aussi important de noter que le fait de ne jamais effectuer de rglage du systme de contrepoids pneumatique entranera, long terme, des interventions de maintenance importantes sur la presse et les matrices (rusinage des matrices de travail). En effet, les presses sont conues pour des cadences et des efforts donns. Or, dans le cas dun mauvais rglage du contrepoids, ces conditions de fonctionnement ne sont pas respectes et entranent ainsi une usure prmature ou non prvue des diffrents lments de la presse et des matrices. En conclusion, un mauvais rglage de la pression du contrepoids pneumatique (tableau 6) est toujours prjudiciable pour la scurit et la productivit des presses.


35

Tableau 6 : Influence sur la scurit du sous-quilibrage et du surquilibrage du contrepoids Effets ngatifs Augmentation du temps darrt de la presse Diminution de la scurit par le non soutien de la charge Endommagement de lenveloppe du cylindre Sous-pression Usure du lardon de guidage du (sous-quilibrage) coulisseau et des autres liaisons Perte de paralllisme entre les surfaces en contact des deux matrices Usure prmature ou endommagement des matrices Beaucoup de pices au rebut Pression Effets positifs

Pression adquate

Surpression (surquilibrage)

Collage des deux parties de la matrice Usure excessive de lembrayage et du frein Arrt imprcis du coulisseau Perte de productivit due au dbrayage du moteur surcharg Cots de maintenance levs pour cause dusure prmature des bielles et des portes de roulements Vitesse du coulisseau non constante Hausse de la consommation dair comprim

Augmentation de la scurit gnrale Vitesse du coulisseau constante Consommation dair comprim normale Conservation du paralllisme Minimisation de lusure Rduction des contraintes sur la presse Rduction des cots dutilisation et de maintenance Diminution du temps darrt de la presse Augmentation de la scurit gnrale Peut limiter le jeux des composants au point mort bas Peut aider conserver le paralllisme

Peut aider minimiser lusurePeut aider rduire les contraintes sur la presse Peut aider rduire les cots dutilisation et de maintenance


37

8.

TEMPS DE FREINAGE DES PRESSES

Maintenant que nous avons dtaill la partie thorique des presses ainsi que leur quilibrage et les inconvnients lis aux rglages en sous-pression ou en surpression, voyons ce quil en est du temps darrt des presses et des possibilits de mesure et damlioration.

8.1

Le temps darrt des presses

Le temps darrt (ta) est le temps compris entre lactivation de la commande darrt et larrt effectif du coulisseau. Ce temps est la somme du dlai de commande de freinage (Cf ) et de la dure de freinage effectif (fe) : Dlai de commande de freinage (Cf): temps compris entre lactivation de la commande de freinage et le dbut du freinage; Dure du freinage effectif (fe): temps compris entre le dbut du freinage et larrt du coulisseau. On considre le coulisseau arrt lorsque sa vitesse est infrieure 10mm/s.

Pour mesurer ces diffrents temps, lIRSST [3, 4] a mis au point un chronomtre (Logiciel des Presses Mtal - LPM) permettant de faire des mesures de freinage ponctuelles sans modifier la presse existante. Ce chronomtre est compos dun systme dacquisition et de traitement de donnes et dun capteur de dplacement. Il mesure en continu le dplacement du coulisseau et garde en mmoire linstant dactivation de la commande de dpart, linstant de la commande de freinage ainsi que linstant de larrt du coulisseau. Ces donnes permettent de dterminer le temps de fermeture et la distance darrt du coulisseau ce qui permet dvaluer le temps darrt de la presse pour diffrentes positions du coulisseau. Il est ainsi possible de raliser des essais la vitesse maximale du coulisseau, position qui ncessite le plus dnergie pour larrter, donc qui occasionne le plus long temps darrt.

8.2

Le freinage

Lors du freinage, lnergie cintique et potentielle de la presse est transforme en chaleur dans le frein, ce qui a pour effet darrter le mouvement de la presse. Afin de dterminer lnergie dissiper, il faut dterminer lnergie cintique et potentielle de la presse linstant o dbute le freinage. Cette nergie initiale est constitue de :

nergie cintiquenergie cintique linaire du coulisseau au moment de lapplication du frein (fonction de la vitesse du coulisseau); Em0 : nergie cintique linaire de la matrice au moment de lapplication du frein (fonction de la vitesse du coulisseau); Ev0 : nergie cintique angulaire du vilebrequin au moment de lapplication du frein (fonction de la vitesse du vilebrequin); Ec0 :

38


Ebl0 : nergie cintique linaire des bielles au moment de lapplication du frein (fonction de la vitesse du coulisseau); Ebr0 : nergie cintique angulaire des bielles au moment de lapplication du frein (fonction de la vitesse du vilebrequin).

nergie potentielleEch0 et Echf : nergie potentielle du coulisseau, initiale et finale au dbut et la fin du freinage Emh0 et Emhf : nergie potentielle de la matrice, initiale et finale au dbut et la fin du freinage Eeh0 et Eehf : nergie potentielle de lexcentricit du vilebrequin, initiale et finale au dbut et la fin du freinage Ebh0 et Ebhf : nergie potentielle des bielles, initiale et finale au dbut et la fin du freinage Dautres nergies sont aussi prsentes lors de la phase de freinage :

nergie de freinageEfr : nergie enleve au coulisseau par le frein

nergie diversEb : nergie enleve au coulisseau par les vrins de contrepoids durant le freinage Efric : nergie enleve au coulisseau par la friction des diffrentes parties en mouvement durant la phase de freinage Lors du freinage, il y a conservation de lnergie. De fait, lnergie qui contribue au freinage est gale lnergie qui contribue au mouvement :

[E

b

E c 0 + E m 0 + E v 0 + E bl 0 + E br 0 + E fric + E fr = + ( E ch 0 E chf ) + ( E mh 0 E mhf ) + ( E eh 0 E ehf ) + ( E bh 0 Ebhf )

]

quation 14

La rpartition des diffrentes nergie, pour un dbut de freinage un angle de 100, est donne la figure 23 (presse 8T). Dans le cas considr, prs de la moiti de lnergie provient de lnergie cintique (de rotation) du vilebrequin. Ceci provient du fait que le vilebrequin comprend aussi le mcanisme de freinage ainsi que le mcanisme dembrayage de la presse, et que ces deux mcanismes ont une grande inertie de rotation compte tenu de leurs dimensions et de leurs masses. La somme des nergies potentielles reprsentent moins de 4% de lnergie totale, ce qui est ngligeable dans ce cas.


39

0% 2% 1% 0% 15% E. cintique coulisseau E. cintique matrice E. cintique bielle E. cintique vilebrequin E. potentielle coulisseau E. potentielle matrice E. potentielle bielle 49% 27% E. potentielle vilebrequin

6%

Figure 23 : Origine de lnergie dissipe par le frein lors dun freinage 100 pour la presse 8T

La figure 24 nous donne la rpartition de lnergie en pourcentage au cours de la descente du coulisseau du PMH au PMB.Pourcentage (%) 100%

80%

60%

40%

20%

0% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Angle (10*degrs)

Figure 24 : Origine de lnergie dissipe par le frein selon langle de dbut de freinage pour la presse 8T

40


Contrairement ce quon pourrait penser, la contribution nergtique cintique du vilebrequin reprsente la plus grande partie de lnergie apporte au niveau de cette presse. Celle-ci provient de linertie du vilebrequin et plus particulirement des inerties des lments tournants (fixs sur larbre du vilebrequin) du systme embrayage / frein. Par exemple, dans le cas de la presse 8T, linertie de ces disques est 10 fois plus importante que linertie de larbre du vilebrequin.

8.3

Les essais de freinage

Quelques essais de freinage ont t raliss, laide de plans dexpriences [14], dans des entreprises qui utilisent des presses mtal. Les rsultats que nous avons obtenus taient concordants avec ceux issus de la simulation du fonctionnement des presses : diminution du temps de freinage lors de laugmentation de la pression du contrepoids, augmentation du temps darrt lors de laugmentation de la masse de la matrice. Cependant, compte tenu des impratifs de production et de la nature des essais qui devaient tre raliss (variation de la masse des matrices, variation de la pression du contrepoids, variation de la cadence, etc.), tous les essais nont pu tre raliss comme convenu. Par exemple, leffet de la modification de la cadence sur le temps de freinage na pu tre mesur. De mme, leffet de la modification de linertie du vilebrequin et des lments qui lui sont rattachs (frein) na pu tre mesur.

8.4

Analyse du temps de freinage des presses

Suite aux simulations du fonctionnement de la presse et aux essais raliss en entreprises, nous avons pu dterminer que : Le temps darrt du coulisseau est influenc par langle de dbut du freinage. Le temps darrt est minimal lorsque langle de dbut de freinage est nul (le coulisseau passe au PMH) et est maximal lorsque langle de dbut est compris entre 90 et 100 (le coulisseau atteint sa vitesse linaire maximale). Ce phnomne est dautant plus marqu que lnergie cintique de translation du coulisseau et de la matrice est grande par rapport lnergie cintique de rotation (essentiellement due au vilebrequin); Le temps darrt du coulisseau augmente de faon linaire en fonction de la masse de la matrice. Ce phnomne est dautant plus marqu lorsque la masse de la matrice est grande par rapport la masse du coulisseau; Le temps de freinage dcrot de faon linaire en fonction de la pression du contrepoids pneumatique; Le temps de freinage de la presse augmente de faon linaire en fonction de la cadence de la presse (ou la vitesse de rotation du vilebrequin). Ce phnomne est dautant plus marqu que lnergie cintique de rotation du vilebrequin est grande par rapport lnergie cintique de translation du coulisseau et de la matrice. Nous pouvons dire que la cadence de la presse a une influence majeure sur le temps de freinage; Le temps darrt du coulisseau dcrot de faon inversement exponentielle en fonction du couple de freinage. Cependant, le couple de freinage nest pas un paramtre rglable de la presse, mais un paramtre qui varie en fonction de lusure des garnitures. La conclusion


41

utile de ce phnomne est quune faible diminution de freinage est acceptable, mais quune grande diminution du freinage va entraner une augmentation catastrophique du temps darrt du coulisseau.

8.5

Conclusion sur le temps darrt du coulisseau

Les conclusions ci-dessous font suite notre analyse. Elles tiennent compte de nos hypothses et proviennent en majorit du modle que nous avons mis en place. Une srie dessais exprimentaux serait utile pour confirmer nos propos. Nous partirons donc du principe que ces remarques sur les diffrentes presses sont cohrentes et nous nous appuierons sur elles pour la suite de notre tude. Les paramtres, dont nous avons tudi linfluence durant notre tude, ne prsentent pas tous la mme importance, et sont classs dans le tableau 7.Tableau 7: Importance des paramtres de la presse sur le temps darrt du coulisseau Paramtre Couple de freinage Cadence de la presse Angle de dbut de freinage Masse de la matrice Pression du contrepoids pneumatique Importance sur le temps darrt du coulisseau Trs grande Trs grande Grande Grande Grande

Les deux paramtres qui ont une trs grande influence sur le temps darrt du coulisseau sont le couple de freinage et la cadence de la presse. Le premier a une influence inversement exponentielle qui accentue laugmentation du temps de freinage lorsque la valeur du couple diminue. Le second a une influence linaire mais avec un coefficient directeur lev. Les trois paramtres qui ont une grande influence sur le temps darrt de la presse sont langle de dbut de freinage, la masse de la matrice ainsi que la pression du contrepoids pneumatique. Le premier a une influence gaussienne centre aux alentours de 90 - 100. Les deux autres ont une influence linaire croissante ou dcroissante : lorsque la masse de la matrice augmente, le temps de freinage augmente alors que lorsque la pression du contrepoids augmente, le temps darrt diminue. Enfin, le mode de fonctionnement de la presse, par -coups ou continu, a une influence faible sur le temps de freinage, mais cette influence dpend aussi dautres facteurs tels que la configuration du systme pneumatique le rgulateur de pression utilis, par exemple. Mais il faudrait dautres tudes pour la caractriser plus prcisment, mais compte tenu de sa faible importance, ceci na pas t ralis.


43

CONCLUSION ET RECOMMANDATIONSLensemble des visites en entreprise a montr que le rglage du contrepoids tait rarement effectu et ce mme en prsence de plaques signaltiques indiquant la pression jauge en fonction du poids de la matrice suprieure. Les recherches bibliographiques effectues nous ont montr quil existait peu de documents publis au sujet de la scurit des presses embrayage friction, et encore moins au sujet du rle du contrepoids pneumatique dans la scurit de cette machine. Les travaux principaux sont plus centrs sur la valve de commande du frein. Nous esprons que la description du fonctionnement du contrepoids qui est faite dans ce document ainsi que le modle thorique du mouvement de la presse lors de la phase de freinage serviront de base de travail aux utilisateurs et aux concepteurs de ces machines. Nous avons corrls les rsultats du modle avec des mesures effectues en entreprises, mais nous navons pu confirmer totalement la validit de notre modle ainsi que les hypothses qui ont t poses, par exemple la non prise en compte des phnomnes de frottement, compte tenu du peu dessais raliss en entreprise. Il reste donc effectuer une campagne de validation du modle propos afin den vrifier sa prcision et ses limitations. Cependant, certaines conclusions obtenues peuvent dj tre mises de lavant. Le rglage en sous pression ou en surpression est un cas. Limportance de linertie du vilebrequin en est un autre. Le rglage du contrepoids devrait se faire dans une plage de pression limite, plage de rglage qui est fonction de la presse et de la matrice utilise. En dehors de cette plage idale de rglage, un rglage en sous-pression est nettement plus nfaste quun rglage en surpression. Lors dun rglage en sous-pression, le temps darrt de la presse est augment et la capacit de retenue du coulisseau et de la matrice suprieure est affecte. En cas de rglage en surpression, il y a gnration defforts rsistants plus important lors du fonctionnement de la presses, efforts qui entraneront la longue une usure de la presse et des interventions de maintenance, mais la scurit de la presse nest pas affecte. Limportance de linertie cintique du vilebrequin apparat clairement lors de la phase de freinage de la presse. Bien que les donnes utilises ici ne proviennent que dun chantillon restreint de presses, il apparat clairement que le vilebrequin et le systme dembrayage et de frein ont une inertie cintique de rotation non ngligeable qui influence grandement le temps darrt de la presse. La modification, pour des raisons techniques, du systme dembrayage ou de frein [15] dune presse (ou de llectrovanne double-corps [16]) peut donc avoir des consquences plus importantes que prvues sur le temps darrt de la presse et sur la scurit des oprateurs. De mme, laugmentation de la cadence de la presse aura elle aussi des consquences dommageables pour le scurit des utilisateurs, car elle augmente le temps darrt. En plus du modle thorique prsent, nous avons dvelopp une nouvelle procdure dquilibrage du contrepoids pneumatique. Cette nouvelle procdure permet de saffranchir des

44

IRSST -

Documents

Equilibrage pneumatique presse