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Page | I DÉPARTEMENT DES SCIENCES APPLIQUÉES Amélioration de fiabilité d’un sys

Page | I DÉPARTEMENT DES SCIENCES APPLIQUÉES Amélioration de fiabilité d’un système hydraulique PROJET D’ÉTUDES EN INGÉNIERIE DANS LE CADRE DES PROGRAMMES DE BACCALAURÉAT EN GÉNIE ÉLECTROMÉCANIQUE ET GÉNIE MÉCANIQUE Présenté par : M. Reda Dahmani M. Javier Altamirano Superviseur : M. Guyh Dituba Ngoma, ing., Ph.D., professeur, UQAT Représentant industriel: M. Nicolas Bison, ing. jr., AbitibiBowater Avril 2010 PEI Reda Dahmani Hiver 2010 Page II Javier Altamirano PEI Reda Dahmani Hiver 2010 Page III Javier Altamirano Remerciements Tout d’abord, nous tenons à remercier Dieu et le support de nos parents et conjointes sans qui tout ceci ne serait pas possible. Un projet intermédiaire d’études en ingénierie d’une telle envergure n’aurait pas pu être mené à terme sans l’aide précieuse de notre superviseur Monsieur Guyh Dituba, ing. , Ph.D., professeur à l’UQAT. Nous tenons particulièrement à le remercier pour le support, ainsi que les commentaires et suggestions dont nous avons bénéficié du début à la fin de ce projet. Nous tenons également à remercier Monsieur Éric Pellerin, ing., professeur au Cegep, et David Paquin technicien pour Hydraulique Nord Ouest pour le support technique et l’aide qu’il nous ont offerte ces derniers mois. Enfin, un grand merci à Monsieur Nicolas Bisson, ing.jr. , notre représentant industriel, pour sa collaboration, sa patience, ses conseils et sa disponibilité tout au long du projet, sans oublier tous les employés d’AbitibiBowater pour leur coopération et leur accueil lors de nos visites. PEI Reda Dahmani Hiver 2010 Page IV Javier Altamirano Résumé AbitibiBowater est une entreprise œuvrant dans les secteurs du papier journal et des papiers d’impression à usage commercial. Résultant de la fusion d’Abitibi- Consolidated et de Bowater, cette union créa une entreprise forte, capable de répondre aux nouveaux besoins des clients, capable de générer une concurrence plus efficace sur un marché de plus en plus global et capable de s’adapter à la demande pour le papier journal en Amérique du Nord. Depuis plusieurs années déjà, AbitibiBowater, s’efforce d’améliorer la fiabilité du récupérateur de copeaux. Dans cette optique, le projet en ingénierie intermédiaire présenté dans ce rapport : « Augmentation de fiabilité d’un système hydraulique», à été soumis à une équipe de deux étudiants de l’UQAT. Il débute en janvier 2010 et s’achève en avril de la même année. Ce projet a pour but d’améliorer la fiabilité du récupérateur de copeaux en réduisant les coups de bélier et d’éviter les importantes fuites d’huile. Pour atteindre ces objectifs, l’équipe doit, dans un premier temps, analyser les éléments mécaniques et hydrauliques qui composent le système, ensuite, identifier ses composantes et comprendre leur fonctionnement afin de trouver les causes de bris et les faiblesses de fiabilité du récupérateur de copeaux. La formulation du problème se fait après ces démarches. Une fois ces étapes complétées, on proposera des solutions appropriées parmi lesquelles la meilleure, satisfaisante au mandat et approuvée par le client, sera retenue celle qui sera jugée satisfaisante et approuvée par le client, sera retenue. PEI Reda Dahmani Hiver 2010 Page V Javier Altamirano Abstract AbitibiBowater is the eighth largest publicly traded pulp and paper manufacturer in the world. It produces a wide range of newsprint, commercial printing papers, market pulp and wood products. Resulting from the fusion of Abitibi-Consolidated and Bowater, this union created a strong company, able to answer customers’ new needs, and generate a better effective competition on a market. For several years already, AbitibiBowater, tries hard to improve the reliability of the chip pile reclaimer system. In this optics, this intermediary project in engineering titled «Increase of reliability of a hydraulic system », was subjected to a team of two students of the University du Québec en Abitibi-Témiscamingue UQAT. It has started in January, 2010 and will end in April of the same year. This project aims at improving the reliability of the salvage dealer of shavings by reducing water hammer and to avoid the important oil leaks. To reach these objectives, the team has to, at first, analyze the mechanical and hydraulic elements which compose the system, identify its constituents and understand their functioning in order to find the causes of the breakings and the weaknesses of reliability of the chip pile reclaimer system. Once we complete these stages, we shall propose suited solutions among which the best that satisfy the mandate and is approved by the customer will be retained.. Page | II Table des matières Liste des tableaux ............................................................................................................... V Liste des figures ................................................................................................................. V CHAPITRE 1 : Analyse des besoins du client .................................................................... 1 1.1 Présentation de l’entreprise ....................................................................................... 2 1.2 Fabrication du papier ................................................................................................. 3 1.3 Contexte et problématique ........................................................................................ 4 1.3.1 Objectifs.............................................................................................................. 4 1.3.2 Contraintes .......................................................................................................... 4 1.4 Mandat ....................................................................................................................... 5 1.5 Situation désirée ........................................................................................................ 5 CHAPITRE 2 : Cadre théorique et étude du système hydraulique ..................................... 6 2.1 Récupérateur de copeaux .......................................................................................... 7 2.1.1 Pompes hydrauliques .......................................................................................... 9 2.1.2 Vérins................................................................................................................ 12 2.1.3 Valves : ............................................................................................................. 15 2.1.4 Tuyauterie ......................................................................................................... 19 2.2 Type d’écoulement .................................................................................................. 20 2.3 Chute de pression .................................................................................................... 21 2.3.1 Horizontales ...................................................................................................... 23 2.3.2 Verticales .......................................................................................................... 24 2.3.3 Singulières ........................................................................................................ 24 2.3.4 Totales .............................................................................................................. 25 PEI Reda Dahmani Hiver 2010 Page III Javier Altamirano 2.4 Coup de bélier ......................................................................................................... 25 2.5 Simulation du circuit hydraulique ........................................................................... 27 CHAPITRE 3 : Recherche des solutions .......................................................................... 29 3.1 Solution 1 - Accumulateurs hydrauliques ............................................................... 30 3.2 Solution 2 – Distributeur hydraulique proportionnel .............................................. 34 3.2.1 Le solénoïde ...................................................................................................... 34 3.2.2 Avantages et inconvénients d’un distributeur hydraulique .............................. 36 3.3 Solution 3 – Vérin avec amortisseur de fin de course ............................................. 37 3.3.1 Fonctionnement ................................................................................................ 37 3.4 Solution 4 – Distributeur proportionnel avec accumulateur hydraulique ............... 39 3.5 Matrice de décision ................................................................................................. 40 Chapitre 4 : Développement de la solution retenue .......................................................... 43 4.1 Description générale de la solution finale ............................................................... 44 4.2 Amplificateur de commande des distributeurs proportionnels .............................. 45 4.2.1 Décalage du point zéro : ................................................................................... 46 4.2.2 Module de rampe .............................................................................................. 46 4.2.3 Module filtre ..................................................................................................... 47 4.2.4 Superposition de vibration ................................................................................ 48 4.3 Schéma bloc d’un distributeur proportionnel .......................................................... 48 4.4 Automation studio ................................................................................................... 49 4.5 Choix du distributeur proportionnel ........................................................................ 50 4.5.1 Caractéristiques ................................................................................................ 52 4.5.2 Installation ........................................................................................................ 53 4.6 Amplificateur électronique ...................................................................................... 54 Coûts budgétaires .............................................................................................................. 57 PEI Reda Dahmani Hiver 2010 Page IV Javier Altamirano Santé et sécurité ................................................................................................................ 58 Recommandations ............................................................................................................. 59 Conclusion ........................................................................................................................ 60 Référence .......................................................................................................................... 61 ANNEXE –A Plan du circuit du système hydraulique ..................................................... 62 ANNEXE-B Plan de l’échelle de récupération ................................................................. 64 ANNEXE-C Données des composantes du récupérateur de copeaux .............................. 66 ANNEXE-D Plans des tuyauteries du distributeur hydraulique ....................................... 68 ANNEXE-F Vickers-Amplificateur de puissance .......................................................... 110 ANNEXE-G Interfaces de connexion ............................................................................. 118 ANNEXE-H Soumission budgétaire .............................................................................. 120 ANNEXE-I Communications avec le fournisseur .......................................................... 122 PEI Reda Dahmani Hiver 2010 Page V Javier Altamirano Liste des tableaux Tableau 3.1 Avantages et inconvénients d’un accumulateur hydraulique ........................ 33 Tableau 3.2 Avantages et inconvénients d’un distributeur proportionnel ........................ 36 Tableau 3.3 Avantages et inconvénients du vérin avec amortisseur de fin de course ...... 38 Tableau 3.4 Avantages et inconvénients d’un distributeur proportionnel avec accumulateur hydraulique ................................................................................................. 39 Tableau 3.5- Critères d’évaluation des solutions .............................................................. 40 Tableau 3.6 – Matrice de décision pour le choix de la solution finale ............................. 41 Tableau 4.1- Caractères du distributeur ............................................................................ 53 Tableau 4.2 Amplificateurs attribués aux types de séries de valves ................................ 55 Tableau 4.3 Coûts des équipements .................................................................................. 57 Liste des figures Figure 1.1- Schéma des étapes de fabrication de papier ..................................................... 3 Figure 2.1 Échelle de récupération ..................................................................................... 7 Figure 2.2 Récupérateur de copeaux ................................................................................... 8 Figure 2.3 Pompe à palettes .............................................................................................. 10 Figure 2.4 : Fonction d’un vérin ....................................................................................... 12 Figure 2.5 : Vérin en coupe ............................................................................................... 13 Figure 2.6 - Forces appliquées à l’échelle du récupérateur de copeaux ........................... 14 Figure2.7 Valve de distribution des vérins ....................................................................... 16 Figure 2.8 Bloc valve de distribution des vérins.............................................................. 17 Figure 2.9 Position active de sortie du piston ................................................................... 18 Figure 2.10 Tuyauterie ..................................................................................................... 19 Figure 2.11 Conduites d’huile........................................................................................... 21 Figure 2.12 - Diagramme de Moody ................................................................................. 23 PEI Reda Dahmani Hiver 2010 Page VI Javier Altamirano Figure 2.13 Schéma du circuit hydraulique ...................................................................... 27 Figure 2.14 Courbes de pression du circuit hydraulique .................................................. 28 Figure 3.1 Accumulateur à vessie standard ...................................................................... 30 Figure 3.2 Principe de fonctionnement d’un accumulateur .............................................. 31 Figure 3.3 courbes caractéristiques d’un solénoïde à action proportionnelle ................... 35 Figure 3.4 Composantes d’un piston amorti en fin course. .............................................. 37 Figure 3.5 Représentation du circuit hydraulique d’un piston amorti en fin de course 37 Figure 3.6 Accumulateur hydraulique et distributeur proportionnel ................................ 39 Figure 4.1 – Distributeur proportionnel à action piloté. ................................................... 44 Figure 4.2 Courbe d’une bobine avec un décalage de 20% ............................................. 46 Figure 4.3 – Courbe de tension des potentiomètres .......................................................... 47 Figure 4.4- Courbe d’un module filtre .............................................................................. 47 Figure 4.5- Courbe d’un courant superposé de 0 à 20% ................................................... 48 Figure 4.6 - Schéma simplifié du fonctionnement du système hydraulique ..................... 48 Figure 4.7 Courbes de pression en fonction tu temps ....................................................... 49 Figure 4.8 Distributeur proportionnel de série KDG5V avec son uploads/Geographie/ departement-des-sciences-appliquees-amelioration-de-fiabilite-d-x27-un-systeme-hydraulique.pdf