Amélioration des performances de la trancheuse verticale trv 03 de la sctb sarl cameroun

CHAPITRE 4 :

_cAnalyse du systeme automatise existant

Introduction :

Le traitement des donnees au niveau de la trancheuse verticale est effectue par des contacteurs auxiliaires et des relais d'automatisme.

Le fonctionnement des equipements en logique cablee est defini par le schema de cablage qui n'existe pas pour cette machine. Nous nous proposons dans ce chapitre de faire une analyse du systeme automatise.

I. Etat des lieux

Type : Machine américaine type « capital »

De seconde main et de plus de 50 ans [17]

1ère mise en service à la SCTB : 1^er juillet 2002

Prix d'achat : 120 000 000 FCFA

Alimentation générale : réseau triphasé 380 V

Caractéristiques du disjoncteur : de type Merlin Gerin, Compact

NS 250 N

Figure 8:Trancheuse verticale TRV03

II. Description

C'est une machine américaine type « Capital » qui produit des placages par déplacement de la grume (dosse) devant le couteau. La grume est fixée sur un bâti en fonte à l'aide des griffes (petites et grandes griffes) et elle se déplace verticalement, tandis que le couteau de 3 à 4 m de longueur est fixé sur un chariot mobile. La cadence peut aller jusqu'à 30 coups minute. C'est une machine adaptée pour trancher les placages de bois tropicaux à fil droit. Elle fonctionne à poussée par bielle.

Figure 9: Bâti en fonte

III. Constitution

Comme toutes les autres trancheuses, elle est constituée d'un bâti en fonte et d'un couteau. En plus de ces éléments on retrouve : une centrale hydraulique, une centrale de lubrification, le moteur trancheur (moteur principal), un chariot mobile, une table élévatrice, un circuit pneumatique.

1. La centrale hydraulique

Elle permet aux vérins hydrauliques (où en bout de tige sont montées des griffes : petites et grandes griffes) d'assurer leur fonctionnalité qui est de maintenir solidaire la grume (dosse) sur le bâti en fonte. La pression exercée sur le fluide (huile 40) est transmise à travers le système par ce dernier.

Elle comporte quatre composants mécaniques : réservoir (50 litres), filtre, pompe, valves de commande. Le fluide hydraulique (huile 40) qu'elle contient remplit quatre fonctions simples :

· transmission d'énergie

· lubrification des composants - pompe, valves et joints

· protection du système, par élimination des contaminants

o humidité

o souillures

o chaleur

o air

· étanchéité entre les composants internes

Figure 10: Circuit hydraulique

2. Centrale de lubrifi cation

Nous avons dit précédemment que la grume se déplace verticalement. En effet elle est fixée sur le bâti en fonte ou « bâti porte grume ». Ce dernier monté sur des glissières effectue un mouvement rectiligne sinusoïdal (bas-haut). La lubrification de ces glissières est assurée par cette centrale.

3. Moteur tran cheur

C'est le moteur principal de la trancheuse. C'est un moteur à courant continu. Il dispose :

- D'une plage de vitesse étendue permettant d'optimiser la vitesse de coupe

- D'un couple élevé à base vitesse, pour pouvoir soulever la grume

Son mouvement de rotation est transmis à un arbre (arbre de transmission) sur lequel est monté un pignon par un système poulie-courroie. Le pignon engraine sur deux grandes roues dentées qui par un système bielle- manivelle transmet leur mouvement de rotation au « bâti porte grume ».

Pour son fonctionnement une génératrice produit le courant continu (In = 240 A) dont il a besoin et un ventilateur assure son refroidissement.

Sa vitesse de rotation est variable :

N = 0/ 1 25 / 75 0

Max : 2250tr /min

Pour cela un dispositif permet de faire varier le courant de l'inducteur.
Rédigé par TCHIEGANG MBITCHA Alain Bertrand	36

Figure 11: Synoptique moteur trancheur

Figure 12: Moteur trancheur	Figure 13: Génératrice

4. Chariot porte couteau

Le chariot est monté sur une vis sans fin et porte le couteau qui attaque la grume (production des tranches).

Pour une production continue (épaisseur des tranches fixe) le mouvement d'avance du chariot est synchronisé avec le déplacement du « bâti porte grume ».

En effet un arbre est lié à l'une des grandes roues dentées et il transmet son mouvement de rotation à l'arbre du chariot grâce à un système d'embrayage. Cet arbre transmet son mouvement de rotation à la vis sans fin (par pignon conique) sur laquelle est monté le chariot.

Pour avance/recule rapide du chariot un moteur transmet son mouvement à l'arbre du chariot à l'aide d'un système poulie-courroie.

Figure 14: Chariot porte couteau

5. Table elevatrice

C'est à ce niveau qu'est réceptionnée la tranche. La tranche est transportée par un tapis roulant monté sur le chariot jusqu'à la table élévatrice.

6. Circuit pneumatique

Il assure le conditionnement de l'air et alimente les vérins pneumatiques. Ensemble de conditionnement d'air :

Lors du passage de l'air du compresseur à son lieu d'utilisation, l'air "s'enrichit" en eau due à la condensation de l'eau dans la cuve du compresseur, et en poussière, rouille des tuyaux des canalisations. Il est donc nécessaire de le filtrer pour retirer ces éléments nuisibles au bon fonctionnement des composants, de le lubrifier pour faciliter le déplacement des organes mobiles des composants pneumatiques et d'en contrôler la pression. A cet effet une succession de composants est utilisé : un filtre, un détendeur de pression et un graisseur à goutte.

Figure 15: Conditionnement d'air

Rédigé par TCHIEGANG MBITCHA Alain Bertrand

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IV. Procedures avant le tranchage

Nous avons identifié quatre systèmes qui fonctionnement indépendamment les uns des autres, à savoir :

- Le bloc de tranchage

· La centrale hydraulique

· La génératrice

· La centrale de lubrification

· Le moteur trancheur

· Embrayage

· Le tapis

- Le chariot mobile

- Les grandes griffes

- La table élévatrice Mais avant de commencer le tranchage proprement dit (production du placage tranché) des réglages

doivent être effectués :

- Serrage de la grume par les petites et grandes griffes

- Positionnement du chariot

- Positionnement de la table élévatrice

1. Procedure de grillage (serrage de la grume)

Après l'étuvage et le nettoyage, la dosse est apportée au niveau des petites griffes de la trancheuse au moyen d'un palan 5 tonnes.

Les opérations suivantes sont alors effectuées :

1) Actionner l'ouverture des petites griffes

2) Bien positionner la dosse

3) Actionner la fermeture des petites griffes

4) Enlever doucement le palan tout en vérifiant que la dosse a été bien retenue par les petites griffes

5) Actionner la fermeture des grandes griffes afin de bien saisir la dosse.

6) Démarrer le moteur trancheur

7) Passer à une vitesse assez élevée afin de vérifier que la dosse a été bien fixée sinon reprendre depuis le début (saisie de la grume à l'aide du palan)

2. Procedure du positionnement chariot

Après avoir maintenu solidairement fixe la grume du `'bâti porte grume», le chariot mobile doit être bien positionné, c'est-à-dire : le couteau fixé sur le chariot doit être à quelques centimètres de la grume avant de commencer le tranchage, ceci pour des raisons simples : éviter l'affûtage du couteau, éviter les chocs au moment où le couteau attaque la grume.

3. Positionnement de la table elevatrice Afin d'éviter que les tranches ne finissement au sol, la table élévatrice doit être bien positionnée.

V. Systemes de variation de vitesse du moteur trancheur et de freinage

1. Variation de vitesse du moteur tran cheur

Rappels :

Notons :

U, I : la tension et le courant dans l'induit

Ue, Ie : la tension et le courant dans l'inducteur

E : la fem (force électromotrice) induite

Cem : le moment du couple électromagnétique souvent appelé, par abus de langage `'couple électromagnétique»

Pe : la puissance électrique fournie

: la vitesse de rotation

K : une constante qui dépend des paramètres de constitution de la machine (construction, géométrie, matériaux...)

R : la résistance de l'induit

E = K ÖÙ

Cem = KÖI (²) Pe = U.I +Ue.Ie (3)

(1)

Ù

U = KÖÙ + RI (4)

U - RI (5)

K Ö

Pour un moteur à excitation séparée, U = E + RI soit :

Pour faire varier la vitesse d'un moteur à courant continu, on peut soit agir sur :

· la tension U aux bornes de l'induit :

La tension d'induit est directement proportionnelle à la vitesse de rotation (voir équation 5).

La puissance varie mais le couple reste constant (voir équations 2 et 3). On dit alors que l'on fait de la variation de vitesse à couple constant.

· le flux produit par l'inducteur (1) :

Lorsque le flux d'excitation (produit par l'inducteur) diminue (équation 5), le moteur accélère mais le couple diminue (équation 2). On dit alors que l'on fait de la variation de vitesse à puissance constante.

Le moteur trancheur est à excitation séparée, pour faire varier sa vitesse il faut agir sur le flux produit par l'inducteur.

Figure 16: Synoptique du bloc de variation de vitesse du moteur trancheur

Au démarrage, l'inducteur (circuit d'excitation) est traversé par le courant maximum (rhéostat d'excitation Re au minimum de résistance).

Pour varier la position du curseur du rhéostat, un moteur triphasé à deux sens de marche transmet son mouvement à l'arbre de rotation du curseur par pignons.

Ce moteur fonctionne comme suit :

- sens d'accélération moteur trancheuse : sens n° 1

- sens décélération moteur trancheuse : sens n° 2

2. Systeme de freinage

Nous avons dit précédemment que la grume maintenue fixe par les griffes sur un bâti se déplace verticalement (bas en haut). Imaginez un instant qu'elle soit entrain de monter et que survient une coupure d'alimentation. Elle retombera aussitôt sous l'action de son poids et peu ainsi causer sans doute des dégâts importants au niveau de la machine.

Pour pallier à ce problème un système de freinage a été prévu (voir figure : moteur trancheur). Il est situé au niveau de l'arbre de transmission (le moteur trancheur transmet son mouvement de rotation à

cet arbre qui permet à la grume de se déplacer) et est constitué de garnitures montées sur un tambour sur lequel est fixé un vérin pneumatique simple effet.

- Lorsque le moteur trancheur est mis en marche, le distributeur commandant le vérin pneumatique est alimenté et le frein se libère (rentrée de la tige du vérin)

- A l'action sur le bouton d'arrêt du moteur trancheur ou sur l'une de ses sécurités d'arrêt, ou lorsque survient une coupure d'alimentation électrique, ce distributeur n'est plus alimenté (commande monostable) et le frein est activé.

VI. Organes de commandes et capteurs

1. Boutons poussoirs

Lorsque nous analysons les rôles des différents boutons poussoirs sur les pupitres de commande (voir tableau ci-dessous), il en ressort que :

Tableau 2: Boutons poussoirs

DESIGNATION	TYPE		FONCTIONS	bp1
NO	Mise en marche centrale hydraulique		bp2
NO	Mise en marche génératrice		bp3
NC	Arrêt centrale hydraulique		bp4
NO	Mise en marche moteur trancheur		bp5
NO	Embrayage chariot et mise en marche Tapis		bp6
NC	Débrayage chariot		bp7
NC	Arrêt moteur trancheur et tapis avec temporisation (pour le tapis)		bp8
NO	Accélération moteur trancheur		bp9
NO	Décélération moteur trancheur		bp10
NO	Mise en marche avance chariot		bp11
NO	Mise en marche recule chariot		bp12
NC	Arrêt moteur chariot		bp13
NO	Mise en marche griffage (grande griffe)		bp14
NO	Mise en marche dégriffage (grande griffe)		bp15
NO	Mise en marche montée table élévatrice		bp16
NO	Mise en marche descente table élévatrice

2. Leviers de commande mecanique

La machine dispose de deux rangées de petites griffes commandées par des leviers mécaniques. Nous tenons à signaler que le couteau se fixe sur le bâti du chariot à l'aide des vérins hydrauliques alimentés par des distributeurs à commande mécanique.

Tableau 3: Commandes mécaniques

DESIGNATION		FONCTIONS	lc1
Mise en marche 1^ère rangée de griffe (petites griffes)		lc2
Mise en marche 2^ème rangée de griffe (petites griffes)		lc3
Mise en marche ^1ère fixation du couteau		lc4
Mise en marche ^2ème fixation du couteau

3. Capteurs et securites

La machine dispose de plusieurs organes de sécurité pour la protection de la machine ou de l'opérateur au cours de son fonctionnement. Nous avons :

- Un détecteur photoélectrique (ph) qui signale la présence d'une personne entre le bâti et le chariot au moyen d'un faisceau lumineux et arrête immédiatement le moteur trancheur. Ses deux constituants de base sont un émetteur et un récepteur. Actuellement il est endommagé (problème de sécurité humaine).

- Trois capteurs de fin de course ou capteurs de contact ou interrupteurs de position électromécanique qui permettent de localiser la position du chariot.

· Le premier (fc1) lorsqu'il n'est pas actionné verrouille le maintien du moteur trancheur

· Le second (fc2) arrête le moteur trancheur et le mouvement avant du chariot

· Le troisième (fc3) arrête le mouvement arrière du chariot

fc3 fc1 fc2

Figure 17: Capteurs de contact

- Un capteur (nv) de contrôle de niveau d'huile dans la centrale de lubrification, utilisé pour commander le démarrage et l'arrêt.

- Un pressostat pour le contrôle de la présence d'air surpression : qui ne permet le démarrage de la machine qu'en cas de présence d'air au dessus de 5 bars.

Tableau 4: Capteurs et sécurités

DESIGNATION	FONCTIONS
AU1	Arrêt d'urgence moteur trancheur
AU2	Arrêt d'urgence moteur trancheur et génératrice
ph (détecteur photoélectrique)	Arrête le moteur trancheur
fc1	Fin de course verrouillage du maintien du moteur trancheur
fc2	Fin de course arrêt du moteur trancheur
fc3	Fin de course arrêt recule chariot
Nv	Détection du niveau d'huile dans la centrale de lubrification
Pa	Détection de la présence d'air surpression (supérieur à Pmin = 5 bar)
bcp (bouton coup de point)	Coupure alimentation générale de la machine

4. Commutateur

C : blocage et déblocage de l'accélération moteur trancheur

VII. Actionneurs

Dans sa constitution, la machine dispose d'un ensemble de vérins (simple effet et double effet) à la fois hydraulique, et des vérins simples effets pneumatiques.

1. Verins Les types de vérins utilisés sont les suivants :

Tableau 5: Vérins

DESIGNATION		FONCTIONS	1V
vérin hydraulique à double effet commande grandes griffes		2V
vérin pneumatique d'embrayage simple effet		3V
vérin pneumatique de freinage simple effet		4V
vérin hydraulique simple effet table élévatrice

2. Moteurs La machine dispose des moteurs asynchrones et à courant continu :

Rédigé par TCHIEGANG MBITCHA Alain Bertrand

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Tableau 6: Machines à courant continu

MACHINES A COURANT CONTINU
Désignation	Moteur	Rôle	Puissance (KW)	Vitesse de rotation (tr/min)		Induit			Inducteur
						U (V)	I (A)		U (V)	I (A)
M1	Génératrice	Transforme l'énergie mécanique reçue en énergie électrique	55	1445		230	239		220	2,1
M2	Moteur trancheur	Permet le déplacement de la grume devant le couteau	45	0/125/750 Max : 2250		220	240		220	7,7
Rédigé par TCHIEGANG MBITCHA Alain Bertrand					45

Tableau 7: Moteurs à courant alternatif

MOTEURS ASYNCHRONES
Désignation	Moteur	Rôle	Puissance (kW)		Vitesse de rotation (tr/min)	Facteur de puissance	Intensité I (A)		Tension (triangle) U (V)	Tension (étoile) U (V)
M0	Moteur d'entraînement génératrice	Fournie l'énergie mécanique à la génératrice	55		1445	0,87	107		380	-
M3	Moteur centrale lubrification	Moteur pompe pour la lubrification des glissières	0,09		1350	0,65	0,21		380	220
M4	Moteur centrale hydraulique	Moteur pompe pour le circuit hydraulique des vérins (grandes griffes)	7,5		1455	0,80	16,5		380	-
M5	Moteur accélération/décélération chariot porte couteau	Moteur avance/recule rapide chariot porte couteau	9		1455	0,9	15,5		380	-
M6	Moteur tapis	Moteur d'entraînement du tapis	5,5		956	0,79	12		380	-
M7	Moteur ventilation moteur trancheur	Assure le refroidissement du moteur trancheur	0,18		4320	0,75	0,36		380	220
M8	Moteur table élévatrice	Moteur pompe pour la table élévatrice	2,5		-	-	-		380	-
M9	Moteur rhéostat	Moteur pour la variation de la position du curseur du rhéostat	0,5		-	-	-		380	-
Rédigé par TCHIEGANG MBITCHA Alain Bertrand				46

3. Voyants

Tableau 8: Voyants

Designation	Fonctions
V1	Signalisation présence tension
V2	Signalisation marche moteur trancheur
V3	Signalisation mise en marche embrayage
V4	Signalisation fonctionnement centrale hydraulique
V5	Signalisation fonctionnement génératrice (allumé au passage en triangle)
V6	Signalisation présence d'huile dans la centrale de lubrification (absent sur le pupitre de commande)
V7	Montée table
V8	Avance chariot

VIII. Probleme rencontre au niveau de la centrale hydraulique

Il peut arriver que la pompe de la centrale hydraulique tourne mais ne débite pas, ou alors la pression du fluide n'a pas atteint une valeur seuil pour permettre un fonctionnement acceptable de la machine. Le technicien pilotant la machine ne prend pas en compte ces informations capitales, permettant de s'assurer que l'énergie est disponible au niveau des griffes.

1. Solution proposee

Nous proposons d'insérer dans le circuit hydraulique à la sortie de la centrale hydraulique, un pressostat électro-hydraulique.

C'est un capteur destiné à contrôler la pression dans les circuits pneumatiques ou hydrauliques. Lorsque la pression atteint la valeur de réglage, le contact NO/NC à action brusque change d'état. Dès que la valeur de la pression diminue, compte tenu de l'écart réglable sur certains modèles, les contacts reviennent à leur position initiale.

Ce pressostat sera utilisé pour :

- commander la mise en marche de la génératrice,

- s'assurer de la circulation de l'huile dans le circuit hydraulique.

Nos critères de choix sont les suivant :

- Type de fonctionnement : surveillance d'un seuil

- Nature du fluide : huile hydraulique

- Valeur de la pression à contrôler : P = 25 bars

- Environnement : poussière, humidité

- Nature du circuit électrique : circuit de commande

La pression nominale de la pompe est : 70 bars

Le pressostat choisi appartient à la gamme de détection de pression Nautilus. Type : XML - A à écart fixe sans affichage

Plage de réglage (bar) : 5...70

Gamme de température (° C) : -25 à 70

Dimension (mm) H (hauteur) * l (largeur) * L (longueur) : 113*35*73 Référence : XML - A070D2S11

Conclusion :

Cette analyse nous a permis de comprendre d'une maniere globale la constitution de cette machine, son utilité, de déceler un probleme majeur rencontré au niveau de la centrale hydraulique et proposer ainsi une solution.

Chapitre

5