Rapport - stage de fin d'études

8/4/2019 Rapport - stage de fin d'tudes

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Chapitre:MEMOIREDEPROJETDEFINDETUDES

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Mr. El Hakimi

Mr. El Barkany

Anne Universitaire : 2010-2011


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A mon pre,

A la plus douce femme sur terre : ma chre mre,

A ma petite famille, surtout ma sur Sanaa et mon frre Youssef,A ma grande famille, pour leur soutien moral et matriel rconfortant

durant les moments les plus difficiles.

A tous mes amis et mes professeurs, qui mont soutenu tout au long de

ma formation la facult des sciences et techniques de Fs (FST-Fs).

Mohammed Bousfia

A mon pre,A la femme qui compte pour moi: ma chre mre,

A ma petite famille, surtout mon Frre et mes surs,

A ma grande famille, pour leur soutien moral et matriel rconfortant

durant les moments les plus difficiles.

A tous mes amis et mes professeurs, qui mont soutenu tout au long de

ma formation la facult des sciences et techniques de Fs (FST-Fs).

Med Amine Bennani


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Cest avec un immense plaisir que nous remercions toutes les personnes qui ont collabor du

pr ou de loin laboutissement de ce travail.

Cest pour cette raison que nous avons choisi de commencer ce rapport par exprimer notre

gratitude envers nos encadrant : Mr Abdellali HOUBBADI et Pr. Ahmed El KHALFI.

Nous remercions galement lentreprise OCP (Office chrifien du phosphate) pour laccueil

qui nous a t rserv dans son unit Bni-idir.

Nous tenons remercier aussi Mr AHMED EL KHALFI notre chef de dpartement, Ainsi

nous exprimons nos chaleurs remerciements au membre du jury : Mr El Hakimi et Mr A. EL

BAKANY, et tous les professeurs de dpartement de Gnie Mcanique, pour la qualit de

la formation quon a reu, leur encouragement ainsi que leur disponibilit.


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..................................................................................................................................................................... 0

Table des illustrations .......................................................................................................................................................................................................... 5

Introduction gnrale............................................................................................................................................................................................................ 7

A. Prsentation de la socit : Office Chrifien du Phosphate (OCP) ......................................................................................................................... 9

Introduction ........................................................................................................................................................................................................................... 9

Historique ............................................................................................................................................................................................................................... 9

Direction des exploitations minires de Khouribga (DEK) .......................................................................................................................................... 12

Prsentation de lunit de Beni-Idir........................................................................................................................................................................... 13

B. Prsentation du sujet.................................................................................................................................................................................................... 15

I. Description de lexcavatrice roue-pelle............................................................................................................................................................. 15

1. Compositions de lexcavatrice roue-pelle................................................................................................................................................... 15

2. Caractristiques techniques ............................................................................................................................................................................. 18

II. Position du problme .............................................................................................................................................................................................. 19

1. Prsentation de la couronne dorientation ................................................................................................................................................... 19

2. Charges appliques sur la couronne............................................................................................................................................................... 21

III. Hypothses prliminaires ....................................................................................................................................................................................... 22

1. Hypothse N1 : Roue-pelle dsquilibre..................................................................................................................................................... 22

2. Hypothse N2 : Dfauts de montage ............................................................................................................................................................ 24

3. Hypothse N3 : Manque de maintenance ................................................................................................................................................... 24

C. Solutions proposes........................................................................................................................................................................................................ 25

I. Solution N1 : Rquilibrer la roue-pelle ............................................................................................................................................................ 25

II. Solution N2 : Corriger les dfauts de montage ................................................................................................................................................. 40

1. Planit des surfaces ......................................................................................................................................................................................... 40

2. Longueur des boulons ....................................................................................................................................................................................... 41

3. Couple de serrage et prcontrainte................................................................................................................................................................. 45

III. Solutions N3 : Maintenance des boulons..................................................................................................................................................... 60

1. Prcontrainte moyenne dans les boulons ...................................................................................................................................................... 60

2. Effet de perte de prcontrainte........................................................................................................................................................................ 61

3. Propositions et conseils..................................................................................................................................................................................... 62

Conclusion ...................................................................................................................................................................................................................... 64

Conclusion gnrale .................................................................................................................................................................................................................. 65

Bibliographie & Logithque .................................................................................................................................................................................................... 66


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Table des illustrations

Graphe 1 : F1/F2 Position Horizontale ................................................................................................................................................................................ 31

Graphe 2 : F1/F2 roue-pelle penche .................................................................................................................................................................................... 32

Graphe 3 : F1/F2 Roue-pelle 5,2 deg .................................................................................................................................................................................... 33

Graphe 4 : Fa & Mk horizontale ............................................................................................................................................................................................ 35

Graphe 5 : Fa & Mk roue-pelle penche .............................................................................................................................................................................. 36

Graphe 6 : Effort de tension dans les diffrentes vis instrumentes .............................................................................................................................. 50

Graphe 7 : effort de compression dans les diffrentes vis instrumentes ..................................................................................................................... 50

Graphe 8 : Effet du taux du serrage sur le comportement de la vis et de lassemblage.............................................................................................. 52

Graphe 9 : prcontrainte moyenne dans les vis instrumentes ....................................................................................................................................... 61

Graphe 10 : Effet de la perte de prcontrainte pur un chargement en tension ........................................................................................................... 61

Figure 1 : Carte des sites d'exploitation du phosphate ........................................................................................................................................................ 9

Image 2 : Mines Ciel Ouvert ............................................................................................................................................................................................... 15

Image 3: Roue-pelle .................................................................................................................................................................................................................. 15Image 4:Moteurs de translation ............................................................................................................................................................................................. 15

Image 5: Couronne d'orientation H-S .................................................................................................................................................................................. 16

Image 6 : Systme de levage................................................................................................................................................................................................... 16

Image 7: Groupe d'orientation .............................................................................................................................................................................................. 16

Image 8 : Flche de la Roue-pelle .......................................................................................................................................................................................... 16

Image 9: Roue Godet ............................................................................................................................................................................................................ 17

Image 11 : Exemples d'application des couronnes d'orientation .................................................................................................................................... 19

Figure 10 : Exemple de couronne d'orientation ................................................................................................................................................................. 19

Image 13 : Numro de srie RD900 ...................................................................................................................................................................................... 20

Figure 12 : Rothe-Erde Srie RD 900 .................................................................................................................................................................................... 20

Image 15 : couronne d'orientation-Solidworks ................................................................................................................................................................. 20

Figure 14 : Coupe couronne d'orientation avec assises .................................................................................................................................................... 20

Figure 16 : schma de charges de la roue-pelle................................................................................................................................................................... 21

Image 17 : Flche de contrepoids .......................................................................................................................................................................................... 22

Figure 18 : Roue-pelle (vue latrale) ..................................................................................................................................................................................... 22

Figure 19 : boulons arrachs ................................................................................................................................................................................................... 22

Image 20 : boulons endommags .......................................................................................................................................................................................... 24

Figure 21 : prcontrainte-boulon .......................................................................................................................................................................................... 24

Figure 22 : Dessin latrale roue-pelle (WM) ....................................................................................................................................................................... 25

Figure 23 : charges appliques sur la couronne .................................................................................................................................................................. 26

Figure 24 : prise dcran roue-pelle Working-Model 2D ................................................................................................................................................. 27

Figure 25: Schma working model 2d .................................................................................................................................................................................. 28

Figure 26 : schma de charges de la roue-pelle................................................................................................................................................................... 29

Figure 27 : Application DES FORCES WORKING-Model 2d ....................................................................................................................................... 29

Figure 28 : Variables Working-Model .................................................................................................................................................................................. 30

Figure 29 : Points d'encastrement ......................................................................................................................................................................................... 30

Figure 30 : calcul F1 et F2 Roue-pelle Horizontale............................................................................................................................................................ 31

Figure 31 : F1/F2 Roue-pelle Penche .................................................................................................................................................................................. 32

Figure 32 : F1/F2 Roue-pelle releve (5.2 deg) ................................................................................................................................................................... 33

Figure 33 : Fa & Mk Horizontale .......................................................................................................................................................................................... 34

Figure 34 : Fa & Mk Roue-pelle penche ............................................................................................................................................................................. 36

Figure 35 : Fa & Mk Roue-pelle releve (5.2 deg) .............................................................................................................................................................. 37

Figure 36: Fa & Mk roue-pelle releve ................................................................................................................................................................................. 37

Figure 37 : test de tolrance .................................................................................................................................................................................................... 41


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Figure 38 : Rpartition de charge entre les filets de l'crou et la vis .............................................................................................................................. 44

Image 39 : ecrou endommag ................................................................................................................................................................................................ 44

Figure 40 : dimension d'assemblage ...................................................................................................................................................................................... 44

Figure 41 : Force de prcontrainte ........................................................................................................................................................................................ 46

Figure 42 : rondelle de prcontrainte ................................................................................................................................................................................... 47

Image 43 : Le banc dessai du CETIM Saint Etienne ........................................................................................................................................................ 49Figure 44 : boulons avec jauges et leurs positions.............................................................................................................................................................. 49

Figure 45 : chargement dun secteur de la couronne ........................................................................................................................................................ 54

Figure 46 : gomtrie des pices tudies ............................................................................................................................................................................ 55

Figure 47 : chargement de la bague infrieure .................................................................................................................................................................... 56

Figure 48 : dforme grande echelle .................................................................................................................................................................................. 59

Tableau 1 : poids des composants ........................................................................................................................................................................................... 21

Tableau 2 : calcul F1 et F2 (position horizontale)............................................................................................................................................................... 31

Tableau 3 : F1&F2 Roue-Pelle Penche 6deg ...................................................................................................................................................................... 32

Tableau 4 : F1/F2 Roue-pelle releve (5.2 deg)..................................................................................................................................................................... 33

Tableau 5 : Fa & Mk horizontale........................................................................................................................................................................................... 35

Tableau 6 : Fa & Mk Roue-pelle penche ............................................................................................................................................................................. 36

Tableau 7 : Fa & Mk Roue-pelle releve (5.2 deg)............................................................................................................................................................... 37

Tableau 8 : Rsultas tude contrepoids.................................................................................................................................................................................. 38

Tableau 9 : Ecarts de planit admissible & torsion de section......................................................................................................................................... 40

Tableau 10 : Caractristiques mcaniques des vis et goujons en fonction de leur classe de qualit............................................................................ 43

Tableau 11 : Caractristiques mcaniques des crous en fonction de leur classe de qualit........................................................................................ 43

Tableau 12 : Donnes pour le calcul de Fe............................................................................................................................................................................ 54

Tableau 13 : conditions aux limites ....................................................................................................................................................................................... 56

Tableau 14 : contacts entre lments ..................................................................................................................................................................................... 57

Tableau 15 : Matriau utilis.................................................................................................................................................................................................. 57

Tableau 16 : rsultats E.F......................................................................................................................................................................................................... 58

Tableau 17 :prparation de la maintenance......................................................................................................................................................................... 63

Tableau 18 :contle de dmontage ......................................................................................................................................................................................... 63

Tableau 19 : Montage ............................................................................................................................................................................................................... 64


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Introduction gnrale

Dans le domaine industriel la performance et le temps sont deux choses primordiales

pour loptimisation du rendement ainsi laugmentation des gains. Dans un domaine o la

technologie joue un rle trs important, o la rduction du temps est le but principal, dans cedomaine simpose la ncessit davoir des machines avec une fiabilit et une performance leve,

cependant cela ne peut tre vident que si ces machines ont subi des tudes doptimisations, mais

aussi font sujet dune maintenance prventive et systmatique.

Le sujet abord dans ce rapport de stage aborde le thme les assemblages boulonns, qui

sont sans aucun doute les systmes de liaison les plus utiliss en mcanique, ils sont souvent

soumis des mthodes de dimensionnement rudimentaires, qui conduisent dans la plupart des

cas sur-dimensionner considrablement lassemblage sans pour autant en garantir la scurit.

Il est vrai que lassemblage boulonn est un lment de machine au comportement complexe qui

na sans doute pas encore fait lobjet de tous les travaux de recherche que son importance dans la

construction mcanique justifierait.

Le stage a t effectu lOCP, Office Chrifien du Phosphate, la direction des

exploitations minire de Khouribga, au sein de latelier de maintenance mcanique de lunit

Beni-idir. Le problme rencontr pendant ce stage nest rien dautre que le problme de fixationpar boulon dune couronne dorientation (dune Roue-pelle), notre objectif tait bien de remdier

ces problmes et dfinir les causes probables. On a pu faire une tude approfondie sur les

facteurs qui peuvent causer des problmes similaires, le facteur le plus souponn est reli la

fatigue des boulons de fixation soumis des chargements excentrs. Ainsi que lquilibre des

superstructures. Ce stage nous a permis de faire face aux problmes rencontrs dans le milieu

socioprofessionnel dune part, damliorer et de perfectionner nos connaissances acquises durant

nos tudes universitaires dautre part.

Le rapport commence par une brve prsentation de la socit suivie par une prsentation du

sujet pour mieux comprendre la problmatique rencontre sur cette roue-pelle, aprs lacquisition

de certaines donnes relatives aux boulons de fixation et lquilibre on a tabli une liste

dhypothses des causes probables qui peuvent causer ce dboitement de la couronne

dorientation. Ainsi on proposera des solutions en sappuyant sur des tudes exprimentale faites

dans les ateliers de la CETIM et on fera une tude avec la mthode des lments finis. A la fin on

proposera une multitude de solutions qui vont sans aucun doute corriger le problme.


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Chapitre:Prsentationdelasocit:OfficeChrifiend

uPhosphate(OCP)

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A. Prsentation de la socit : Office Chrifien du Phosphate (OCP)Introduction

Le Groupe OCP (Office Chrifien de Phosphate) est spcialis dans lextraction, la valorisation et

la commercialisation dephosphate et de produits

drivs. Chaque anne, plus

de 24 millions de tonnes de

minerais sont extraites du

sous-sol marocain qui recle

les trois-quarts des rserves

mondiales.

Principalement

utilis dans la fabrication

des engrais, le phosphate

provient des sites de

Khouribga, Bengurir,

Youssoufia et Boucra-

Layoune. Selon les cas, leminerai subit une ou

plusieurs oprations de

traitement (criblage, schage, calcination, flottation, enrichissement sec). Une fois trait, il

est export tel quel ou bien livr aux industries chimiques du Groupe, Jorf Lasfar ou Safi,

pour tre transform en produits drivs commercialisables : acide phosphorique de base, acide

phosphorique purifi, engrais solides.

Dans un contexte de concurrence accrue, le Groupe OCP poursuit la politique deconsolidation de ses positions traditionnelles et dveloppe de nouveaux dbouchs. Avec une

exigence sans cesse raffirme : amliorer la qualit de ses produits tout en maintenant un

niveau lev en matire de scurit et de protection de lenvironnement.

Historique

Les phosphates marocains sont exploits dans le cadre dun monopole dtat confi un

tablissement public cr en aot 1920, lOffice Chrifien des Phosphates, devenu Groupe OCP

Figure 1 : Carte des sites d'exploitation du phosphate


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uPhosphate(OCP)

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en 1975. Mais cest le 1er mars 1921 que lactivit dextraction et de traitement dmarre

Boujniba, dans la rgion de Khouribga.

En 1965, avec la mise en service de Maroc Chimie Safi, le Groupe devient galement

exportateur de produits drivs. En 1998, il franchit une nouvelle tape en lanant la fabricationet lexportation dacide phosphorique purifi.

Paralllement, de nombreux partenariats sont dvelopps avec des oprateurs industriels du

secteur, au Maroc et ltranger.

Le dveloppement du Groupe OCP a t marqu par quelques grandes dates.

Sur le plan gologique, on distingue quatre tapes :

19051921 : Priode des pionniers.19211951 : Priode des tudes fondamentales, stratigraphiques et palontologiques

(reconnaissance et mise en exploitation des gisements).

19511960 : Priode des tudes fondamentales, stratigraphiques et palontologiques.19601986 : Priode dintensification des tudes sdimentologiques et gochimiques,

ainsi que de ltude des gisements du Sahara marocain du crtac.

Dun point de vue chronologique:

1920 : Cration, le 7 aot, de lOffice Chrifien des Phosphates (OCP).1921 : Dbut de l'exploitation en souterrain sur le gisement des Oulad Abdoun, le 1er

mars. Descente du premier train de Khouribga vers le port de Casablanca, le 30 juin.

Premier dpart des phosphates du Maroc le 23 juillet.

1931 : Dbut de lextraction en souterrain Youssoufia (ex-Louis Gentil).

1932 : Premires expditions du phosphate de Youssoufia vers le port de Casablanca.1936 : Premier train de phosphate de Youssoufia vers le port de Safi.1942 : Cration d'une unit de calcination Youssoufia.1951 : Dmarrage de l'extraction en dcouverte Sidi-Daoui (Khouribga). Dbut du

dveloppement des installations de schage et de calcination Khouribga.

1954 : Dmarrage des premires installations de schage Youssoufia.1959 : Cration de la Socit Marocaine d'Etudes Spcialises et Industrielles (Smesi).1961 : Mise en service de la premire laverie Khouribga.


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uPhosphate(OCP)

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1962 : Introduction de la mcanisation de souterrain Youssoufia, en septembre.1965 : Cration de la socit Maroc Chimie. Dbut de la valorisation avec le dmarrage

des installations de l'usine de Maroc Chimie, Safi. Extension de l'extraction ciel

ouvert la mine de Merah El Aharch (Khouribga).1967 : Introduction de la mcanisation du souterrain Khouribga.1969 : Entre en exploitation de la premire Recette de phosphate noir Youssoufia.1973 : Cration de la Socit de Transports Rgionaux en juillet, de Maroc Phosphore en

aot et de Marphocan en octobre.

1974 : Lancement des travaux pour la ralisation du centre minier de Bengurir, en mai.L'OCP prend le contrle de la Socit Marocaine des Fertilisants (Fertima), cre en 1972.

Naissance de l'Institut de Promotion Socio-ducative (IPSE), en aot.1975 : Cration du Groupe OCP (dcision de cration en juillet 1974 et mise en place en

janvier 1975). Intgration des industries chimiques aux structures internes de l'OCP, en

janvier. Cration du Centre d'tudes et de Recherches des Phosphates Minraux

(Cerphos), en octobre.

1976 : En mai, transfert au Maroc du sige de Phousboucra (65% OCP). Dmarrage deMaroc Phosphore I et Maroc Chimie II, en novembre.

1978 : Cration de l'Union Industrielle de Montage (UIM), en janvier. Dmarrage de la

premire unit de calcination Youssoufia.

1979 : Transfert des bureaux de la Direction Gnrale au nouveau sige Casablanca.1981 : Dmarrage de MP II. L'OCP entre dans le capital de Prayon (Belgique).1982 : Dbut des travaux de construction du complexe chimique MP III-IV Jorf Lasfar.1986 : Dmarrage des diffrentes lignes d'acide sulfurique et d'acide phosphorique de

Maroc Phosphore III-IV.

1987 : Dmarrage des lignes d'engrais de Maroc Phosphore III-IV (octobre-dcembre).1988 : Chargement du premier navire de DAP de Jorf Lasfar (janvier).1994 : Dmarrage du projet minier de Sidi Chennane.1996 : Cration de la socit Euro-Maroc Phosphore (Emaphos). Lancement des travaux

de construction de l'usine d'acide phosphorique purifi dEmaphos, Jorf Lasfar (janvier-

fvrier). Regroupement des activits des deux socits Maroc Chimie et Maroc Phosphore

au sein de Maroc Phosphore (janvier). Introduction de Fertima la Bourse des valeurs

de Casablanca (30% du capital) dans le cadre du projet de privatisation de la socit


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uPhosphate(OCP)

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(octobre). Signature de la convention en matire denvironnement avec le dpartement

ministriel charg de lEnvironnement. Cration de lInstitut OCP en dcembre.

1997 : Accord d'association entre le Groupe OCP et le Groupe indien Birla pour laralisation, en joint-venture, d'une unit de production d'acide phosphorique Jorf

Lasfar de 330.000 tonnes de P2O5 par an, en mars. Aux termes de cet accord, la socit

Indo-Maroc Phosphore (Imacid) est cre par l'OCP et la socit Chambal Fertilizers and

Chemicals Ltd du Groupe Birla (novembre). Accord de coopration OCP-Grande

Paroisse pour lutilisation de lusine de Rouen (travaux faon). Adhsion au protocole

Responsible Care.

1998 : Dmarrage de la production dacide phosphorique purifi (Emaphos, Jorf Lasfar),le 31 janvier. Le Groupe OCP obtient le Prix national de la Qualit.

1999 : Dmarrage de la production dacide phosphorique de lusine dImacid JorfLasfar, le 1er novembre.

2002 : Prise de participation dans la socit indienne PPL en jv avec le Groupe Birla.2003 : LOCP est devenu le seul actionnaire de Phosboucra.2004 : Cration de la Socit "Pakistan Maroc Phosphore" S.A en Joint-venture entre

lOCP et Fauji Fertilizer Bin Qasim Limited (Pakistan).

2005: Dmarrage de l'usine de Lavage/Flottation Youssoufia2006: Projet nouvelle DAP Jorf Lasfar 850 000 t/an.2008: La socit anonyme OCP SA est ne le 22 janvier - Dmarrage de Pakistan Maroc

Phosphore Jorf Lasfar (PMP)

2009: Dmarrage de Bunge Maroc Phosphore Jorf Lasfar (BMP)2010: Cration de JESA, joint-venture sous forme de partenariat en ingnierie

industrielle entre OCP SA et Jacobs Engineering Inc

Direction des exploitations minires de Khouribga (DEK)

La fonction principale de la Direction des Exploitations Minires de Khouribga PMK se

manifeste dans lextraction et le traitement des phosphates. Elle est rpartie en trois sous

directions : la Direction de Production Minire, la Direction Traitement et Embarquements, la

Direction Logistique et Projets dAmliorations et une Division de Gestion Administrative et

Sociale, un service des Etudes Economiques et Systme dinformation, un Service Gologie, un

Dpartement Achats Dcentraliss et Service Projet Optimisation des Processus et Certification

qui sont attachs directement DEK, notamment :


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uPhosphate(OCP)

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Division extraction (DEK/EK), elle est charge dextraire du phosphate de la zone deKhouribga.

Division traitement (DEK/TK), charge du traitement et de lenrichissement duphosphate provenant de la division extraction.

Division des embarquements (DEK/PC) : cest une division qui a pour mission derecevoir, de stocker et dexporter le phosphate.

Division administrative de Khouribga (DEK/AK) : cest une division qui soccupe de toutce qui est social dans la zone et les relations publiques.

Service tudes et analyse (DEK/EA) : il est charg dtude et analyse du budgetdinvestissement et de fonctionnement de lvolution de la production et de la vente du

phosphate du au sein de la direction.Service mdical (DEK/MT) : il est charg du service mdical de la zone, assure le soin du

personnel en activit et des membres sa charge.

Les units de traitement sont localises entre Khouribga et Oued-Zem, elles comprennent trois

units :

Unit de schage COZUnit de Bni-Idir.Unit de lavage Daoui

Prsentation de lunit de Beni-Idir

Lusine de BENI-IDIR a dmarr en 1965 dans le but de traiter le phosphate fourni par

les units dextraction (SIDI DAOUI, PARC ELOUAFI..).

Elle se compose de :

La liaison zone centrale, liaison daoui.Parc de stockage humideFours de schage.Les Stocke du sec.Reprise et chargement.Mise terril.Usine denrichissement sec.


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Usine de calcination.Pour maintenir ces secteurs en service, lusine de BENI-IDIR contient les ateliers de

maintenance et de service de gestion savoir :

Atelier mcanique, lectrique,rgulation.

Magasin pice de rechange.Service de gestion de matriels.Salle de contrle.Direction administrative.

Les processus de traitement

Les diffrentes oprations de traitement des

phosphates dans les usines de la division de

traitement PMK/TB sont :

- Le criblage diffrentes mailles.- La calcination.- Le schage.- Lenrichissement sec.- Reprise et chargement- Le transport des phosphates partir des stocks de la division extraction (PMK/PE) vers

les usines de PMK/TB est assur par des convoyeurs bande.


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Chapitre:Prsentationdusujet

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B. Prsentation du sujetLOCP est le leader mondial des exportations

de phosphates et produits drivs, avec des

activits couvrant lensemble de la chaine de

valeur, allant de lextraction de la roche de

phosphate la transformation chimique en acide

phosphorique et diffrents engrais. Lune des

principales tches effectues au sein de la socit

est le stockage/ dstockage du phosphate laide de plusieurs outils de manutention, et lun des

plus importants outils nest que lexcavatrice roue-pelle.

I. Description de lexcavatrice roue-pelleCest une machine (Image 3) qui fait le

dstockage du phosphate partir du parc humide

vers les fours travers le convoyeur flche qui verse

le produit dans Le convoyeur de transport.

Cette machine repose sur des roues

mtalliques et effectue un mouvement de va et

vient sur un rail, elle dispose ainsi dun mcanismedorientation de gauche vers droite.

Pour garder lquilibre de la machine le constructeur met un contre poids de 116 T reli

par deux articule avec la fin de la flche.

1. Compositions de lexcavatrice roue-pelleLa roue pelle est compose de trois parties

principales :

Partie infrieure

Elle porte lensemble de la partie suprieur et

aussi permettant les mouvements de rotation autour de

laxe vertical de la machine, cette partie comporte les

lments suivants :

Quatre moteurs de translation (Image 4).Une substructure.

Image 3: Roue-pelle

Image 4:Moteurs de translation

Image 2 : Mines Ciel Ouvert


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Image 7: Groupe d'orientation

Une couronne dorientation (Image 5).Une bute doubles ranges mixtes (billes rouleaux).Une plateforme ronde avec 2 escaliers.Une table de chargement.Une goulotte centrale.Un enrouleur de cble de commande et de puissance.Un transformateur de puissance (5500V/500V).Une cabine lectrique.Une pompe de graissage centralis (translation).

Partie centraleElle est compose de :

Une pice centrale.Deux groupes dorientation (Image 6).Un systme de levage.

Une pompe de graissage centralis (orientation).Deux cales de verrouillage.

Partie suprieur

La superstructure est dplaable en haut et en

bas, et comporte les lments suivants :

Une pice darticulation et deuxvrins hydrauliques de levage,

ainsi que le support du dispositif dentranement du convoyeur de la flche ;

Image 5: Couronne d'orientation H-S

Image 6 : Systme de levage

Image 8 : Flche de la Roue-pelle


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Une flche de roue pelle (Image 8) ;Une flche de contrepoids ;Deux passerelles ;Un contre poids comportant des plaques en

bton. ;

Une roue godets (Image 9) ;Un convoyeur flche ;Une cabine de conducteur ; Image 9: Roue Godet


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2. Caractristiques techniquesMatriaux transports

Dsignation

Phosphate

lgrementmarneux

Phosphate

lav

Densit 1.3T/m3

1.3T/m3

Humidit 10-17% 17% -22%

Granulomtrie 0- 50 mm 0- 2.5 mm

Angle de

dversement0 -35 30 -38

Ensemble de la machine

Poids total : 463 T

Contrepoids : 139 T

Longueur totale : 84 m

Longueur de flche 49.5 m

Rglage de la flche vers le haut +5

Rglage de la flche vers le bas - 6

Dbit- nominal 3000 T/h

Dbit - max. 2500 T/h

Hauteur du terril 14 m

Largeur au sol du terril 48 m

Mcanisme de translation

Nombre de roues 24

Nombre de roues d'entranement 12

Diamtre de roues 630 m

Ecartement des rails 10 m

Vitesse de roulement max. 16m/min

Puissance du moteur installe 16*5.5Kw

Nombre des pinces-rails 2

Mcanisme d'orientation

Nombre d'entranement d'orientation 4

Vitesse d'orientation.1-30

m/mn

Puissance du moteur installe 4*11Kw

Diamtre du palier combin 3800 mm

Mcanisme de levage

Nombre des vrins 2Longueur insre 2900mm

Course 1200mm

Diamtre des tiges de vrins et

des pistons320/200mm

Vitesse de levage 3m/mn

Puissance du moteur installe 30 kW

La roue-pelle

Capacit des godets 1050 L

Nombre des godets 8

Diamtre du cercle de coupe 6.8 m

vitesse de coupe 2.31 m/sec

Nombre de dversement 52/mn

Puissance du moteur installe kW

Convoyeur de flche

Entre axes 55.8 m

Ecartement des tambours 50,8 m

Largeur de courroie 1400 mm

Auge: (le brin sup.) 35

Auge :( le brin inf.) 10

Vitesse de courroie 3,5m/sec

Puissance du moteur installe 90 kW


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19

II. Position du problmeLe problme rencontr sur cette roue-pelle est localis dans son mcanisme dorientation, la

couronne dorientation connait un arrachement frquent de ces boulons de fixation. Notre

objectif est donc de faire une tude adapte pour remdier ce problme qui pourrait avoir des

consquences trs grave et nuire :

- La scurit du personnel ;- Le droulement de la production ;- Cot dentretien ;- Stabilit de lensemble de la structure ;- Motorducteurs dorientation ;

1. Prsentation de la couronne dorientationa) Dfinition

Une couronne

dorientation est un

roulement de grand

diamtre muni de dentures

assurant la fonction orientation . Elle est

constitue dlments roulants

(billes ou rouleaux) intercals entre les deux bagues. Chaque bague repose sur un support

appartenant la structure

(Figure 10). La fixation de la

bague au support est

gnralement faite par des

lments filets de type : vis,

boulons ou goujons. Ce type de

roulement est dimensionn

pour supporter des charges trs

leves des vitesses faibles.

Figure 11 : Exemple de couronne d'orientation

Image 10 : Exemples d'application des couronnes d'orientation

Roue-Pelle (mine ciel ouvert)


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20

Figure 15 : Coupe couronne d'orientation avec assises

Image 14 : couronne d'orientation-Solidworks

b) Exemples dapplicationsLemploi de couronnes dorientation simpose, chaque fois que lon a besoin dorienter

une sous-structure tournante par rapport une autre. Les images (voir Image 11) prsentent

quelques structures employant des couronnes dorientation. En effet on peut les trouver dans de

nombreux secteurs savoir : Travaux public, offshore, nergie, tlcommunication, aviation,

militaire, chaines de fabrication, mdecine C'est--dire chaque fois que lon a assurer un

guidage de grand diamtre, fortement charg, pour lequel la vitesse de rotation (orientation) est

faible ou modre. Les dimensions vont de 400 mm 14 mtres.

c) Couronne dorientation de la Roue-pelle (zone centrale).La couronne dorientation utilise dans la

roue-pelle est une couronne 3 rouleaux avec

engrenage extrieur de la socit allemande Rothe-

Erde regroup sous le nom de Srie RD900 (Figure

12).Ce type de couronne est utilis pour les techniques

de levage, manutention, extraction, transbordement,

offshore, et mcanique gnrale. Elle est connue pour

sa grande capacit de chargement axial ainsi que sa

longue dure de vie si on respecte la lettre les

instructions dcrite par le constructeur en ce qui

concerne lentretien et les conditions dutilisations, elle

est caractrise par certains paramtres dimensionnels

et autres fonctionnels.

Les couronnes Rothe-Erde sont classes par des numros de srie spcifique, le numro

utilis dans notre cas est 191.40.3080.001.1502 (Image 13).

Modle 3D

Figure 13 : Rothe-Erde Srie RD 900

Image 12 : Numro de srie RD900


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21

Figure 16 : schma de charges de la roue-pelle

2. Charges appliques sur la couronneLa couronne dorientation situe sur laxe de rotation de la machine subie des

chargements fortement excentrs par apport son axe central, dues au poids de la flche et du

contrepoids et dautres lments de la roue pelle. Ce chargement si il est mal rpartit pourrait

provoquer une forte concentration de contrainte sur une partie de la couronne ainsi

lendommagement des boulons de fixations. De ce fait le constructeur a install un contrepoids

pour mieux quilibrer les efforts (pour une capacit < 3000 T/h), cependant la machine pourrait

travailler dans des conditions plus difficiles en dpassant sa capacit maximale.

Pour dterminer ce chargement on a eu recours au plan dassemblage (annexe 1) du

constructeur expliquant les tapes de montage de la machine (figure13), ce plan donne les forces

en diffrents points dappuis de la roue pelle. Le tableau 1 regroupe tous les efforts des diffrents

composants.

Tableau 1 : poids des composants

On en conclut que la couronne subt bien deux types defforts, un effort axial et un

moment de renversement. Vu la mthode utilise pour estimer les chargements, on admet que les

rsultats ne seront pas assez prcis, malgr cela ils donneront une bonne vision de la situation et

vont soit nous dvoiler les causes probables ou carter certaines autres souponnes.

Composantes Poids (T)

Partie Centrale 27

Partie Articulation (Point A) 50

Partie 1 De La Flche (Point B) 36

Partie 2 De La Flche (Point C) 36

Partie 3 De La Flche (Point D) 36

Partie 4 De La Flche (Point E) 70

Flche Du Contrepoids 21

Contrepoids 139

Charge En P Sur La Bande 13

Charge En P Sur La Roue A Godets 5


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22

Figure 19 : boulons arrachs

III. Hypothses prliminairesUne visite de la roue-pelle nous a permis de sarrter sur son tat gnral, ainsi on a

recueilli plusieurs donnes soit directement partir de la roue-pelle ou de la part de loprateur

de maintenance, ce quon peut dire cest que la roue-pelle ne travaille pas forcement dans les

normes exiges par les constructeurs, on citerait plus loin toutes les infractions reprs sur la

roue-pelle. Ainsi on sest aussi fait une ide des vraies causes des anomalies rencontres sur la

roue-pelle.

1. Hypothse N1 : Roue-pelle dsquilibreDans un premier temps on sest intress la

prsence dun contrepoids, on sait bien que le

contrepoids assure lquilibre de cette

superstructure, il est calcul selon la capacit de

levage de la machine. Sur cette roue-pelle le

contrepoids (139 T) est compos de dalles de ciment

montes sur la flche de contrepoids (voir image 17)

celle-ci tant incline avec un angle bien prcis

(17), cet angle peut faire varier leffet du contrepoids, plus langle augmente moins leffet du

contrepoids se fait ressentir.

Mais pourquoi donc souponner le contrepoids ?Lors de la visite de la roue-pelle on sest gliss

lintrieur de la partie centrale et on a pu voir les

boulons de fixation qui relient la couronne

dorientation avec la partie suprieure, ce quon a

constat cest que les boulons qui sont souvent arrachs

sont les boulons du ct du contrepoids et pas du ct

Image 17 : Flche de contrepoids

Figure 18 : Roue-pelle (vue latrale)


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de la flche (Figure 18), ce qui laisse croire que les boulons subissent une mauvaise rpartition de

charges ce qui provoque laugmentation du moment de renversement, ainsi une grande force de

tension sur les boulons du ct du contrepoids, ceci nous pousse recalculer le contrepoids

ncessaire pour quilibrer les efforts que subit la couronne dorientation ainsi que les boulon de

fixation.


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24

Figure 21 :

prcontrainte-boulon

2. Hypothse N2 : Dfauts de montageLe montage de la couronne dorientation requiert une prcision et une rigourosit

incomparable, le constructeur a dcrit plusieurs conditions de montages, comme la planit des

surfaces ; les caractristiques des assises ; les caractristiques des graisses et huile dentretien ; et

les caractristiques des lments de fixations telle-que les boulons.

En faisant une comparaison entre les conditions exiges par le constructeur et ce qui est vraiment

appliqu on a pu constater quelques infractions comme :

La longueur des boulonsCest lune des principales causes souponnes car

le constructeur recommande que les boulonsdoivent comporter au moins 6 filets en dehors de

lcrou, et cest exactement le contraire quon a trouv. Les boulons sont si petits quils narrivent

mme pas au bout de lcrou. On a ramen quelques boulons endommags (voir image 20).

Effort de serrageLors de la visite on a pu savoir que les boulons nont pas t serrs

avec le couple de serrage prconis par le constructeur (840 Nm) do

lutilisation dune cl dynamomtrique, par contre ils ont t serr avecdes moyens non adapt. Un mauvais serrage peut causer ce problme de

cisaillement de boulon et donner faveur aux problmes de fatigue.

3. Hypothse N3 : Manque de maintenancePour compenser les phnomnes de tassement, il est ncessaire de contrler le serrage des

boulons en appliquant le couple prconis. Cette opration doit se faire aprs un certain temps de

service sur des boulons non sollicit la traction. Si on nglige le resserrage des boulons on

provoquera une perte de prcontrainte, ainsi augmenter le risque de cisaillement des boulons. Aussi cause des problmes de vibrations et de fatigue, les boulons peuvent se desserrer

spontanment do la ncessit dintervention pour le resserrage afin dviter un

endommagement prcoce des boulons.

Image 20 : boulons endommags


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Chapitre:Solutionsproposes

25

C.Solutions proposesLes solutions proposes vont se deviser en solutions correctives, qui vont rtablir les

recommandations du constructeur, et dautres solutions qui vont essayer de modifier quelques

caractristiques de la roue-pelle pour remdier aux problmes rencontrs. Le choix de cessolutions se base sur des tudes plus ou moins approfondies qui sappuient sur dautres tudes

faites par le professeur Zouhair CHAIB de lINSA-Toulouse qui concernent TUDE DU

COMPORTEMENT DES FIXATIONS PAR VISDES COURONNES DE GUIDAGE DE GRAND

DIAMETRE . Chaque solution propose serait accompagne de preuves bases sur des tudes

analytiques ainsi que la mthode des lments finis.

I. Solution N1 : Rquilibrer la roue-pellePour pouvoir recalculer le contrepoids il faut bien dfinir les charges et leurs rpartitions sur

la roue-pelle (voir le paragraphe B-II-2). On a procd de deux manires diffrentes en utilisant

la simplification 2D cause de la complexit de la structure, premirement on a essay

manuellement en utilisant le thorme du barycentre, pour calculer les efforts appliqus sur la

couronne en diffrents endroits, mais on voulant optimiser le contrepoids le calcul est devenu

assez difficile est trs long cest pour a quon a essay dutiliser un logiciel de cinmatique 2D et

notre choix est tomb sur Working-Mode-2D. a consiste faire varier la valeur du contrepoids

et surveiller les valeurs des efforts en diffrents endroits.

Calcul manuel

Dans un premier temps on calcul leffort axial et le moment de reversement manuellement, nous

obtenons ainsi :

Figure 22 : Dessin latrale roue-pelle (WM)


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26

=

=

(5.550)+(10.536)+(26.536)+(38.536)+(27.513)+(50.570)+(555)

50+36+36+36+13+70+5=

29.11 Mtres

Avec = = 246 ()

A partir des quations lquilibre nous tirons leffort axial ainsi que le moment

de renversement :

= = + 1 + 2= (246 + 21 + 27 + 139) 9.81 103

|| . ()(Force axial)

= = ( 29.11 1 13 2 26) 9.81 103= (246

29.11 21 13 139 26) 9.81 103

|| . (Moment de renversement)Avec : F1 leffort quivalent au poids de la flche du contrepoids.

F2 leffort quivalent au contrepoids.

On a nglig les efforts radiaux car la roue-pelle napplique pas des forces radiales sur la

couronne, ainsi la couronne subit 2 types de chargement, un effort axial permanent et un

moment de renversement qui dpend de

lquilibre de la roue-pelle et de son inclinaison

(voir Figure 23),Comme on remarque sur la

figure lorsque la force axial totale est excentre,

on voit la cration dun moment de renversement

MKqui cre son tour 2 forces opposes sur les

extrmits de la couronne, un effort de

compression du ct de la force axial et un autre

de tension au ct oppos, ce dernier effort est le

responsable de la rupture des boulons de

fixations et daprs les investigations le ct qui

subit leffort de tension est celui qui est du ctFigure 23 : charges appliques sur la couronne


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27

du contrepoids. Donc notre but est de diminuer au maximum cet effort sans avoir trop

alourdir la roue-pelle.

Laugmentation du contrepoids va aider estomper leffet de cette effort de tension, mais

quelle valeur ? Pour rpondre cette question nous avons utilis le logiciel Working-model 2Dqui va nous aider faire une petite tude de leffet de laugmentation du contrepoids, ainsi

proposer une nouvelle valeur du contrepoids pour mousser cette mauvaise rpartition de charge

que subit la couronne.

Calcul avec Working-model 2DWorking model 2d est une trousse laurate doutils de simulation de mouvement qui

permet aux ingnieurs, les concepteurs et les animateurs de crer et analyser rapidement des

systmes mcaniques avec des ordinateurs de bureau. Les utilisateurs peuvent importer des

gomtries provenant des systmes CAO les plus courants ou de dessiner leur modle de travail

en 2d. Les graphiques et les outils d'affichage numrique permettent de mesurer les variables

systmes standard, ou d'utiliser un langage intgre dans l'quation pour obtenir un graphique

aucun calcul.

Pour utiliser le logiciel on a trac un schma simplifi de la roue-pelle, et on a appliqu des

efforts verticaux en diffrents points de la structure, on a utilis les outils avancs du simulateur pour commander la variation des forces appliques, notamment la force qui reprsente le

contrepoids.

Etape N1 : GomtrieNous avons reprsentez la roue-pelle avec un dessin simplifi (voir figure 24).toutes les liaisons

entre composants sont des liaisons pivots.

Figure 24 : prise dcran roue-pelle Working-Model 2D


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28

Figure25:Schmaworki

ngmodel2d


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31/67


30

Le vrin ne fait que positionner la roue-pelle, et se bloque automatiquement, il sera pilot par sa

longueur alors que la force sera calcul automatiquement par le

logiciel, ce qui veut dire la valeur ncessaire pour faire bouger la

roue-pelle.

Ltude combinerait 3 variables :

- La longueur du vrin angle dinclinaison de la roue-pelle ;- La valeur du contrepoids ;- Chargement du phosphate ;

A chaque fois, on fixerait une variable et on ferait varier les autres,

- Langle de linclinaison de la roue pelle prendrait 3 valeurs :o Position horizontale 0o Position penche vers lavant avec 6o Position releve vers larrire avec 5

- La valeur du contrepoids comprise entre 139 T et 300 T ;- Le chargement de phosphate serait approch par une valeur approximative ;

Pour les sorties on relverait les valeurs de 3 point X, Y, Z -ces points reprsentent des points

dencastrement- (voir figure 29) :

- On relverait une fois les valeurs du pointcentrale Y qui concide avec laxe

dorientation (on dsactive les autres

points) on obtiendrait :

oLa force totale axiale FA;

o Le Moment de renversement MK;- Une deuxime fois on ne conserve que les points dencastrement X et Z :

o Calculer la valeur de la force en Z FT (force en gnral de tension) ;o Calculer la valeur de la force en Z FC (force en gnral de compression) ;

Toutes ces donnes seront extraites et tudies sous forme graphique pour mieux voirlinfluence des variables sur les diffrents rsultats.

Figure 28 : Variables Working-

Model

Figure 29 : Points d'encastrement


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31

Rsultats Phase 1 : Forces de tension et de compression

o Cas N1 : Roue-pelle en position horizontale

Tableau 2 : calcul F1 et F2 (position horizontale)

F2 |F| F1 |F| Contrepoids (N) Contrepoids Kg

-6,72E+06 6,72E+06 1,07E+07 1,07E+07 1,36E+06 1,39E+05

-6,72E+06 6,72E+06 1,07E+07 1,07E+07 1,36E+06 1,39E+05

-6,72E+06 6,72E+06 1,07E+07 1,07E+07 1,36E+06 1,39E+05

-6,72E+06 6,72E+06 1,07E+07 1,07E+07 1,36E+06 1,39E+05

-6,72E+06 6,72E+06 1,07E+07 1,07E+07 1,36E+06 1,39E+05

-6,72E+06 6,72E+06 1,07E+07 1,07E+07 1,36E+06 1,39E+05

-3,72E+06 3,72E+06 8,08E+06 8,08E+06 1,76E+06 1,79E+05

1,29E+06 1,29E+06 3,73E+06 3,73E+06 2,42E+06 2,46E+05

6,49E+06 6,49E+06 -7,89E+05 7,89E+05 3,10E+06 3,16E+05

1,11E+07 1,11E+07 -4,79E+06 4,79E+06 3,71E+06 3,78E+05

1,33E+07 1,33E+07 -6,70E+06 6,70E+06 4,00E+06 4,08E+05

1,33E+07 1,33E+07 -6,70E+06 6,70E+06 4,00E+06 4,08E+05

Figure 30 : calcul F1 et F2 Roue-pelle

-1,00E+07

-5,00E+06

0,00E+00

5,00E+06

1,00E+07

1,50E+07Forces en N

Contrepoids en N

F1/F2 Position horizontale

F2

F1

Graphe 1 : F1/F2 Position Horizontale


33/67


32

-1,00E+07

-5,00E+06

0,00E+00

5,00E+06

1,00E+07

1,50E+07

1,36E+06 1,36E+06 1,36E+06 1,36E+06 1,58E+06 2,05E+06 2,45E+06 3,10E+06 3,74E+06 4,00E+06

Forces en N

Contrepoids en N

F1/F2 Roue-pelle Penche (6 deg)

F2

F1

Graphe 2 : F1/F2 roue-pelle penche

o Cas N2 : Roue-pelle penche

Tableau 3 : F1&F2 Roue-Pelle Penche 6deg

F2 |F| F1 |F| CONTREPOID(N) CONTREPOI EN KG

-7,00E+06 7,00E+06 1,10E+07 1,10E+07 1,36E+06 1,39E+05

-7,00E+06 7,00E+06 1,10E+07 1,10E+07 1,36E+06 1,39E+05

-7,00E+06 7,00E+06 1,10E+07 1,10E+07 1,36E+06 1,39E+05

-7,00E+06 7,00E+06 1,10E+07 1,10E+07 1,36E+06 1,39E+05

-5,45E+06 5,45E+06 9,63E+06 9,63E+06 1,58E+06 1,61E+05

-1,96E+06 1,96E+06 6,61E+06 6,61E+06 2,05E+06 2,09E+05

9,44E+05 9,44E+05 4,10E+06 4,10E+06 2,45E+06 2,49E+05

5,79E+06 5,79E+06 -8,82E+04 8,82E+04 3,10E+06 3,16E+05

1,04E+07 1,04E+07 -4,11E+06 4,11E+06 3,74E+06 3,81E+05

1,24E+07 1,24E+07 -5,78E+06 5,78E+06 4,00E+06 4,08E+05

Figure 31 : F1/F2 Roue-pelle Penche


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33

Figure 32 : F1/F2 Roue-pelle releve (5.2 deg)

Cas N3 : Roue-pelle releve (5.2 deg)

Tableau 4 : F1/F2 Roue-pelle releve (5.2 deg)

F2 |F2| F1 |F1| CONTREPOID (N) CONTREPOID EN KG

-6,37E+06 6,37E+06 1,03E+07 1,03E+07 1,36E+06 1,39E+05

-6,37E+06 6,37E+06 1,03E+07 1,03E+07 1,36E+06 1,39E+05

-6,37E+06 6,37E+06 1,03E+07 1,03E+07 1,36E+06 1,39E+05

-6,37E+06 6,37E+06 1,03E+07 1,03E+07 1,36E+06 1,39E+05

-3,30E+06 3,30E+06 7,66E+06 7,66E+06 1,76E+06 1,79E+05

1,61E+06 1,61E+06 3,38E+06 3,38E+06 2,39E+06 2,44E+05

4,47E+06 4,47E+06 8,92E+05 8,92E+05 2,76E+06 2,81E+05

6,51E+06 6,51E+06 -8,89E+05 8,89E+05 3,03E+06 3,08E+05

9,78E+06 9,78E+06 -3,74E+06 3,74E+06 3,45E+06 3,51E+05

1,29E+07 1,29E+07 -6,41E+06 6,41E+06 3,84E+06 3,92E+05

1,41E+07 1,41E+07 -7,48E+06 7,48E+06 4,00E+06 4,08E+05

1,41E+07 1,41E+07 -7,48E+06 7,48E+06 4,00E+06 4,08E+05

-1,00E+07

-5,00E+06

0,00E+00

5,00E+06

1,00E+07

1,50E+07

2,00E+07Forces en N

Contrepoids en N

F1/F2 Roue-pelle 5,2 deg

F2

F1

Graphe 3 : F1/F2 Roue-pelle 5,2 deg


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34

oAnalyse des RsultatsOn remarque daprs ces rsultats que la force F1 reprsente une force de compression FC

alors que la force F2 reprsente une force de tension FTet cette derrire est la plus dangereuse

pour les vis. On remarque que plus le contrepoids augmente plus la force FT diminue et FC

augmente en devenons elle-mme une force de tension car elle change de sens.

Sur les trois graphes On remarque un point dintersection entre les deux courbes, cest le

point ou les deux forces sont gales et o elles sont toutes les deux des forces de compression, si on

continue augmenter le contrepoids on remarque un inversement de rle, donc ce point est le

point optimale et donne comme valeur moyenne du contrepoids 265 T.

Mme si cette valeur optimise au maximum leffet du contrepoids elle devrait aussi

satisfaire dautres exigences et conditions, notamment celle de la force axiale maximale et le

moment de renversement maximal que peut supporter la couronne dorientation. Par

consquence le contrepoids doit respecter les conditions dutilisation de la couronne la fois pour

viter un endommagement prcoce et aussi pour respecter les clauses du contrat de garantie qui

relie la socit avec le fournisseur.

Ainsi on procdera une nouvelle tude pour calculer la valeur de la force axial et le

moment de renversement, pour limiter le contrepoids dans une valeur qui va la fois diminuer

la force de tension et respecter les conditions dutilisation de la couronne.

Phase 2 : Force axiale et Moment de renversementOn calcul la force axial en faisant varier la valeur du contrepoids pour trois positions diffrentes

(Horizontale ; penche vers lavant avec 6deg ; releve vers larrire avec 5.2deg).

o Cas N1 : Roue-pelle en position horizontale

Figure 33 : Fa & Mk Horizontale


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35

Tableau 5 : Fa & Mk horizontale

Force axial |F| Moment Mk (N.m) Contrepoids (N) Contrepoids en Kg

3,96E+06 3,96E+06 -3,19E+07 1,36E+06 1,39E+05

3,96E+06 3,96E+06 -3,19E+07 1,36E+06 1,39E+05

3,96E+06 3,96E+06 -3,19E+07 1,36E+06 1,39E+05

3,96E+06 3,96E+06 -3,19E+07 1,36E+06 1,39E+05

4,62E+06 4,62E+06 -1,49E+07 2,02E+06 2,06E+05

4,94E+06 4,94E+06 -6,36E+06 2,35E+06 2,39E+05

5,19E+06 5,19E+06 2,11E+04 2,59E+06 2,64E+05

5,52E+06 5,52E+06 8,53E+06 2,92E+06 2,97E+05

5,60E+06 5,60E+06 1,07E+07 3,00E+06 3,06E+05

5,60E+06 5,60E+06 1,07E+07 3,00E+06 3,06E+055,60E+06 5,60E+06 1,07E+07 3,00E+06 3,06E+05

-3,50E+07

-3,00E+07

-2,50E+07

-2,00E+07

-1,50E+07

-1,00E+07

-5,00E+06

0,00E+00

5,00E+06

1,00E+07

1,50E+07

1,36E+061,36E+061,36E+061,36E+062,02E+062,35E+062,59E+062,92E+063,00E+063,00E+063,00E+06

N.m & N

Contrepoids en N

Force axial et moment de renversement

Force axial

Torque

Gra he 4 : Fa & Mk horizontale


37/67


36

-3,50E+07

-3,00E+07

-2,50E+07

-2,00E+07

-1,50E+07

-1,00E+07

-5,00E+06

0,00E+00

5,00E+06

1,00E+07

1,50E+07

2,00E+07N.m & N

Contrepoids en N

Fa & Mk Roue-pelle penche

moment

force axial

Graphe 5 : Fa & Mk roue-pelle penche

o Cas N2 : Roue-pelle penche

Tableau 6 : Fa & Mk Roue-pelle penche

FORCE AXIAL |Fa| MOMENT CONTREPOIDSCONTREPOIDS

EN KG

3,96E+06 3,96E+06 -3,29E+07 1,36E+06 1,39E+05

3,96E+06 3,96E+06 -3,29E+07 1,36E+06 1,39E+05

3,96E+06 3,96E+06 -3,29E+07 1,36E+06 1,39E+05

4,04E+06 4,04E+06 -3,09E+07 1,45E+06 1,47E+05

4,37E+06 4,37E+06 -2,26E+07 1,77E+06 1,81E+05

4,78E+06 4,78E+06 -1,24E+07 2,18E+06 2,22E+05

5,19E+06 5,19E+06 -2,09E+06 2,59E+06 2,64E+05

5,52E+06 5,52E+06 6,13E+06 2,92E+06 2,97E+05

5,60E+06 5,60E+06 8,18E+06 3,00E+06 3,06E+05

Figure 34 : Fa & Mk Roue-pelle penche


38/67


37

-3,50E+07

-3,00E+07

-2,50E+07

-2,00E+07

-1,50E+07

-1,00E+07

-5,00E+06

0,00E+00

5,00E+06

1,00E+07

1,50E+07

2,00E+07N.m & N

Contrepoids en N

Fa & Mk roue-pelle releve

force axial

moment

Figure 36: Fa & Mk roue-pelle releve

o Cas N3 : Roue-pelle releve (5.2 deg)

Tableau 7 : Fa & Mk Roue-pelle releve (5.2 deg)

FORCE AXIAL |F| MOMENT CONTREPOIDS (N)CONTREPOIDS

EN KG

3,96E+06 3,96E+06 -3,06E+07 1,36E+06 1,39E+05

3,96E+06 3,96E+06 -3,06E+07 1,36E+06 1,39E+05

3,96E+06 3,96E+06 -3,06E+07 1,36E+06 1,39E+05

3,96E+06 3,96E+06 -3,06E+07 1,36E+06 1,39E+05

4,21E+06 4,21E+06 -2,41E+07 1,61E+06 1,64E+05

4,53E+06 4,53E+06 -1,54E+07 1,94E+06 1,97E+05

4,86E+06 4,86E+06 -6,70E+06 2,26E+06 2,31E+05

5,27E+06 5,27E+06 4,17E+06 2,67E+06 2,72E+05

5,60E+06 5,60E+06 1,29E+07 3,00E+06 3,06E+05

Figure 35 : Fa & Mk Roue-pelle releve (5.2 deg)


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oAnalyse des RsultatsOn remarque que plus on augmente le contrepoids plus la force axial augmente, et

dautres part lorsquon augmente le contrepoids la valeur de la force de tension ainsi que le

moment de renversement diminuent. Ainsi on voudrait la fois diminuer le moment de

renversement et se limiter la force maximale que peut supporter la couronne dorientation,

cette force dpasse dun peu plus les 4000 KN.

Daprs les tableaux des rsultats on relve la valeur du contrepoids ncessaire qui est de 147 000

KG soit 147 T, cette valeur respecte les limites de la force axiale et optimise la fois le moment

de renversement.

RESUMETableau 8 : Rsultas tude contrepoids

HorizontaleIncline 6 Deg Vers

Lavant

Incline 5.2 Deg Vers

Larrire

Max Min Max Min Max Min

Fa (Force Axiale En

N)5,60E+06 3,96E+06 5,60E+06 3,96E+06 5,60E+06 3,96E+06

Mk (Moment De

Renversement En

N.M)

-

3,19E+07

1,07E+07 8,18E+06 -3,29E+07 -3,06E+07 1,29E+07

Contrepoids optimal

(T)206 147 164

F1 (Force De

Compression En N)1,07E+07

-

6,70E+061,07E+07 -5,78E+06 1,03E+07 -7,48E+06

F2 (Force De

Tension En N)1,33E+07

-

6,72E+061,24E+07 -7,00E+06 1,41E+07 -6,37E+06

Contrepoids

optimal(T)

270 276 250

ConclusionDaprs ces rsultats on peut affirmer la ncessit dune rvision et dun calcul plus prcis

du contrepoids de la machine, notre tude sest base sur des donnes approximatives et une

approche assez simple, mais elle a russi dmontrer limportance du contrepoids dans

lquilibre, la stabilit et la durabilit de la machine et prcisment de la couronne dorientation.


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39

Ces rsultats donnent une valeur de 147 T pour le nouveau contrepoids contre 139 T

pour lancien, soit un ajout de 8 T, cette valeur doit respecter la charge limite de la flche du

contrepoids et des mats dhaubanage ainsi que toute la structure mtallique, daprs le

constructeur la valeur de 139 T nest pas dfinitive, car dans le plan dassemblage lhors du

montage du contrepoids le constructeur recommande dajouter le contrepoids mme si on dpasse

les 139 T jusqu ce que la flche de la roue-pelle se relve un peu, cela laisse la porte ouverte

lajout de plus de contrepoids sachant quon propose seulement lajout de 8 T, compare avec le

poids de la roue-pelle cette valeur ne va pas influencer sur la sret de la structure ou sa

stabilit, mais au contraire elle lui rendrait son quilibre.


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40

II. Solution N2 : Corriger les dfauts de montageLe montage doit tre fait avec le plus grand soin. Si un roulement nest pas correctement

mont, il peut se produire des surcharges locales sur les lments roulants pouvant entrainer une

diminution de la dure de vie calcule, ce qui provoque une surcharge des boulons de fixation,

ainsi le montage de la couronne doit respecter certaines conditions.

Dans ce chapitre on va essayer de mettre la lumire sur les techniques et conditions de

montage, souvent ngliges par les oprateurs, ces conditions prviennent lendommagement de la

couronne dorientation ainsi que ces lments de fixation (boulons), on va essayer de faire des

tudes plus au moins approfondies bases sur dautres tudes et normes internationales, pour

donner des preuves et aider mieux analyser dautres problmes semblables.

1. Planit des surfacesDans un souci conomique, les sections des couronnes dorientation sont relativement

faibles par rapport leurs diamtres. Pour cette raison, les couronnes dorientation doivent tre

fixes sur une construction dappui rigide et rsistante la torsion locale laide de boulons de

haute rsistance. On liminera ainsi la majeure partie des dformations qui se produisent sous

charge.

La surface dappui doit, dans tous les cas, tre plane pour que la couronne ne se dforme pas

pendant son serrage ce qui provoque une mauvaise estimation du couple de serrage ainsi que la

longueur des boulons devient insuffisante. Les valeurs maximales dcarts de planit y compris

flexion sont classes dans le tableau 9.

Tableau 9 : Ecarts de planit admissible & torsion de section

Diamtre du chemin du

roulement jusqu (en

mm)

Ecart de planit & torsion de section (en mm)

Couronne 2

ranges de billes

Couronne une

range de bille

Couronne

rouleaux

1000 0.2 0.15 0.11500 0.25 0.19 0.12

2000 0.3 0.22 0.15

2500 0.35 0.25 0.17

4000 0.4 0.30 0.20

6000 0.5 0.40 0.30

8000 0.6 0.50 0.40


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41

Si les valeurs sont dpasses, la vrification de ltat des surfaces

simpose, ainsi les valeurs de torsion de section mentionnes dans le

tableau ci-dessous se rapportent une largeur de surface dappui

usine de 100 mm En outre, il est important que la valeur maximum

ne soit observe quune seule fois dans un secteur de 180 .pour viter

des carts plus importants ainsi que la formation de pointes dans des

secteurs plus petits, lcart ventuel ne devra augmenter ou diminuer

que rgulirement dans un secteur de 0-90-180.

Comme pour lcart de planit, on ne doit pas observer de dformations localises lors de

la flexion de la construction dappui, ceci pouvant crer des zones dtranglement au niveau des

chemins de roulement en entrainant une surcharge ponctuelle. Par consquence, les conditions

sont les mmes que pour lcart de planit.

Ce quon prconise est de nettoyer les surfaces dappuis infrieurs et suprieurs de la

couronne dorientation ainsi que la denture en liminant le produit de protection. Notez bien

quil ne faut pas mettre de solvant sur les joints et empcher sa pntration dans les pistes.

Pour des surfaces avec des carts de planit trs leve, on recommande de faire un montage sur

rsine (voir annexe : montage sur rsine).

2. Longueur des boulonsComme la dure dutilisation de la couronne est essentiellement due lassemblage et de ce

fait la tenue de fixation, les boulons doivent tre suffisamment dimensionns et correctement

prcontraints. Parmi les caractristiques de boulon qui nous intressent, on cite la longueur du

boulon, cette longueur dpend de :

Lpaisseur des baguesLpaisseur du supportLa largeur de lcrouLes rondelles

Le boulon utilis est de types M24 HR (haute rsistance) (voir le tableau 9) avec une section

rsistante de 353 mm et un pas de 3mm.

Classe de qualit

La classe de qualit est symbolise par deux nombres (par exemple : 10.9). Le premier nombrecorrespond sensiblement au 1/100 de la rsistance minimale la traction (exprime en MPA) et

Figure 37 : test de


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43

Tableau 10 : Caractristiques mcaniques des vis et goujons en fonction de leur classe de qualit

Tableau 11 : Caractristiques mcaniques des crous en fonction de leur classe de qualit

Tableau 10 Caractristiques mcaniques des vis et goujons en fonction de leur classe de qualit

(daprs norme NF E 27-005)

Caractristique mcanique contrle

Classe de qualit des vis et goujons

Qualit HR

3,6 4,6 4,8 5,6 5,8 6,6 6,8 6,9 8,8 10,9 12,9 14,9

Rsistance la traction RM

(en MPA)

min. 333 392 490 588 784 9801

176

1

372

max. 480 539 686 784 9801

176

1

372

1

568

Duret Brinell HBmin. 90 110 140 170 225 280 330 390

max. 150 170 215 245 300 365 425

Duret Rockwell

min.HRB 49 62 77 88

HRC 18 27 34 40

max.HRB 82 88 97 102

HRC 31 38 44 49

Limite apparente dlasticit Re (en MPA)

min.196 235 313 294 392 352 470

Limite conventionnelle dlasticit Rp 0,2

(en MPA)

min.

529 627 8821

058

1

234

Rsistance la charge dpreuve (en MPA) 184 221 285 276 356 332 428 465 570 776 9311

087

Allongement pour-cent aprs rupture A :

min.25 25 14 20 10 16 8 12 12 9 8 7

Rsistance la traction avec cale biaise

Pour vis entires : valeurs correspondant

aux valeurs minimales de rsistance la traction

Rsilience KCU + 20 oC (en daJ/cm2)

min. 6 4 3 3

Tnacit de la tte Aucune rupture

Tableau 11 Caractristiques mcaniques des crous en fonction de leur classe de qualit

(daprs norme NF E 27-005)

Caractristique mcanique

contrle

Classe de qualit des crousDomaine dapplication

4 5 6 8 10 12 14

Contrainte unitaire lors de

lpreuve de charge (en MPA)392 490 588 784 980

1

176

1

372

Tous les crous, lexception de ceux

exclus par accord entre client et

fournisseur

Duret Brinell

HB ou

RC

(1)

max. 302 353 375 Tous les crous

Duret Rockwell

Hmax. 30 36 39 Tous les crous

(1) La conversion des valeurs de duret Brinell en valeurs de duret Rockwell a t effectue daprs lEuronorm 8-55.


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Figure 40 : dimension d'assemblage

Rpartition de charge entre les filets de lcrou et ceux de la vis

Lune des principales raisons qui implique

le respect de la longueur du boulon est la

rpartition de charge entre les filets de lcrou et

de la vis La rupture dune vis au serrage ou en

utilisation se produit pratiquement toujours au

niveau du premier filet en prise (figure 38).

Cest pour cette raison, quon ne peut pas

accepter que le boulon ne dpasse pas lcrou car

a provoque une mauvaise rparation de charge.

Cest exactement la mme chose quon a

remarque sur les fixations de la couronne

dorientation (voir image 39).

Dans notre cas nous avons une paisseur de bagues gale 210 mm

et lpaisseur du support suprieure gale

25mm (voir figure 38).

Pour calculer la longueur du

boulon on additionne toutes ces paisseurs

et on ajoute la valeur de dpassement de

lcrou, selon quelques normes ce

dpassement Dp est gale 2xpas, soit dans

notre cas, un pas de 3 mm pour une vis

M24 soitDp=6mm. Mais le constructeur dela couronne exige un dpassement de 6

filets donc Dp sera de lordre de 18 mm,

donc la longueur serait au minimum 300

mm voir plus car on prendrait la plus

proche valeur suprieur des catalogues

normaliss.

Figure 38 : Rpartition de charge entre les filets de

l'crou et la vis

Image 39 : ecrou endommag


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45

Ce quil faut savoir cest que la valeur de dpassement du boulon nest quune mesure de

scurit pour sassurer quon a un nombre suffisant de lcrou connect avec le boulon, pour une

bonne rpartition de charge dans lcrou. Le non-respect de ces conditions provoque un

desserrage prcoce car le couple de serrage sera erron.

3. Couple de serrage et prcontrainteDans ce paragraphe nous allons expliquer limportance de la prcontrainte ou le couple

de serrage dans la dure de vie dun assemblage boulonn, on va faire des tudes comparatives

par la mthode des lments finis, entre un boulon prcontraint et un autre faiblement

prcontraint. On va citer aussi quelques expriences faites la CETIM par le professeur Zouhair

Chaib, pour a on va se baser sur les rsultats de sa thse pour mieux argumenter nos

explications.

Introduction

Le serrage contrl d'un assemblage par boulons HR (haute rsistance) produit une

tension initiale leve dans les pices boulonnes. Les parties de la machine sont comprimes

comme un ressort pression alors que le boulon est tir comme un ressort de traction. Ce bloc-

ressort tension initiale leve garantit la scurit d'exploitation requise sous charge dynamique.

Le boulon, sous l'effet de cette prcontrainte et de la torsion, atteint 90 % de sa limite

d'tirement. Il faut que la tension initiale soit si leve pour que les lments boulonns, sous

contrainte de service, ne se dplacent pas les uns par rapport aux autres et ne se dsolidarisent

pas. La scurit d'un tel assemblage par boulons n'est toutefois garantie que si la pression initiale

correcte est maintenue en permanence. Sinon il y a un risque, surtout sous charge dynamique

variable, que l'assemblage par boulons se dfasse de lui-mme ou qu'une rupture par fatigue du

boulon survienne subitement. Il en est de mme pour les assemblages comportant plusieurs

boulons.


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N.B : seuls les boulons de classe 8.8 et 10.9 sont autoriss pour les assemblages par boulons

prcontraints.

III. Mise en uvre de la force de prcontrainteLe serrage des boulons prcontraints est une opration dlicate sur le chantier. En effet un excsde prcontrainte peut savrer aussi prjudiciable quun manque de prcontrainte.

Trois mthodes sont actuellement utilises :

- Le contrle du couple de serrage- La mthode du tour dcrou - Lutilisation de rondelles de mesures

Le couple de serrage

La relation entre le couple de serrage C et leffort de prcontrainte est :

C = 0.9 .K. d .P

Avec K coefficient de frottement vis crou au niveau du filet (valeur moyenne 0.2)

- d : diamtre du boulon- p : effort de prcontrainte- c : est appliqu au moyen dune clef dynamomtrique manuelle ou pneumatique. Cesclefs dclenchent ou dbrayent automatiquement lorsque la valeur C est atteinte. Cest la

mthode la plus utilise mais elle peut prsenter une certaine imprcision.

La mthode du tour dcrou

Un premier pr serrage est fait la clef dynamomtrique (40 ou 60% par exemple). Puis le

serrage sera termin par une clef manuelle en appliquant une rotation de lcrou dun angle bien

dfini (60, 90 ou 120).

La mthode par rondelles de mesures

Elle consiste utiliser des rondelles avec des bossages (voir figures 42). Les bossages de lcrou

vont se dformer lors du serrage de lcrou. Lvaluation du

serrage se fait par la mesure de dformation des bossages ou

plutt du jeu aprs crasement.

N.B : Dans notre cas on va sintresser la mthode du couple

de serrage cause de sa facilit.

Figure 42 : rondelle deprcontrainte


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48

IV. Intrt de la prcontrainteTous les spcialistes en matire d'assemblages boulonns sont unanimes sur le fait que la

valeur de la prcontrainte est lun des paramtres essentiels de l'assemblage, car il conditionne

son aptitude l'emploi et sa tenue en service. En effet, l'installation d'une prcontrainte

judicieuse :

- Permet au corps du boulon de ne pas travailler au cisaillement (ce pourquoi il n'est pasfait) dans le cas de sollicitations tangentielles au plan de l'assemblage ;

- Conditionne les effets de desserrage spontan sous l'action de sollicitations dynamiquestransversales ;

- Assure une ventuelle tanchit (couvercle, bride ...) et maintient les surfaces en contact(vite le dcollement des pices) ;

- Permet une meilleure utilisation des caractristiques mcaniques des boulons, et permetd'en diminuer le nombre et le diamtre, entranant par la mme occasion une

rduction des cots d'approvisionnement, d'usinage et de montage ;

- Permet un "filtrage" de la sollicitation extrieure sur le boulon fonction des rigidits Kb etKp (respectivement boulon et pices assembles) et de la gomtrie sous effort extrieur ;

Cependant il est ncessaire de diffrencier deux cas :

1- L'assemblage viss est soumis des efforts d'intensit variable (dynamiques) : la valeur dela prcontrainte, calcule et installe, devra tre prcise afin de respecter les impratifs de tenue

en fatigue (contrainte alterne dans la vis < 40 50 MPA) et de tenue en statique (contrainte

quivalente maximale < 0.9* Re mini de la classe de qualit).

2- L'assemblage viss est soumis des efforts statiques uniquement. La valeur de la

prcontrainte, calcule et installe, devra respecter les impratifs de tenue statique, et interdire le

dcollement complet de la liaison : il n'est pas ncessaire dans ce cas de rechercher une valeur de

serrage optimale.

V. Mise en vidence1. Etude exprimentale

a) Caractristique du banc dessaiIl sagit dune potence constitue dun bras (1) sur lequel est appliqu leffort extrieur, de

deux viroles [suprieure (2) et infrieure (4)] soudes deux supports (3) et (5) sur lesquels les

deux bagues de la couronne (6) sont fixes. Le chargement de la structure est assur par un vrin


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hydraulique. Ce vrin permet dappliquer un effort variant de 120 kN +120 kN. (voir image

43)

une partie des boulons a t

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Rapport - stage de fin d'études