Trouver une force inconnue

Bonjour à tous,

Je suis en train de dimensionner un élévateur qui doit être capable de soulever une charge de 1.8 tonnes (~17.8kN).  Une contrainte que j'ai est l'ergonomie, car la charge sera posé sur une surface de  850x200mm. Je dois utiliser un ou plusieurs vérins pour le faire.  J'aurais besoin de savoir comment procéder afin de trouver la force nécessaires pour soulever cette charge à une certaine vitesse voulue. Je vais devoir utiliser plusieurs configuration de mon système afin de trouver la solution le plus économique. Ci dessous une image du système que j'ai pensé à utiliser.

Je vous remercie par avance pour votre aide 

Bonjour

Pour la force inconnue je crois que notre éminent collègue @OBI WAN est tout à fait au courant.

Plus sérieusement  !

Il faut indiquer de quelle force vous parlez (vérin, résistance des axes, résistance des pièces des ciseaux, etc...)

Il faut indiquer également indiquer la hauteur en position rentrée et en position plateau en haut. Il faut savoir que l'effort max est rencontré lorsque la table est pratiquement à plat (totalement rentré avec le minimum de hauteur) si vous ne descendez jamais avec votre charge en dessous de 60 cm , alors les efforts sont bien moindre.
Il faut aussi indiquer si vous avez des contraintes de dimension hors tout, car la surface  de contact de la charge 800 x 200 ne présuppose pas de la taille du plateau de la table.
L'ergonomie n'a rien à voir avec le problème.
Pourquoi faites vous le présupposé qu'il faille plusieurs vérins ? D'autant que vous ne dites pas si c'est un vérin à vis manuel ou motorisé ou alors si ce sont des vérins hydraulique.
Vous n'indiquez pas si la charge restera toujours au centre du plateau ou non.
Vous ne dites pas si le CG de la charge  est au milieu de celle-ci ni surtout ou le CG se situe en hauteur.
Vous ne dites pas  en indiquant "une certaine vitesse voulue. ", ni la vitesse d'élévation du plateau (et non pas celle du vérin) , ni si l'accélération est instantanée ou progressive et sur combien de cm. Vous ne dites pas pourquoi vous avez besoin d'une vitesse précise ni surtout pourquoi (c'est ça qui va structurer le choix du système Vis ou Vérin)
Vous ne donnez aucune information sur les profilés des ciseaux ni la résistance des axes et pourtant ce calcul est presque plus structurant que la connaissance de force du vérin lui même.

Je comprend mieux le titre "trouver une force inconnue"

Cordialement

 

 

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J'avoue ne pas avoir été clair sur le sujet. Donc,

Je parle bien de la force du vérin, quel effort est nécessaire afin de vaincre les 1.8 tonnes. 

Le plateau dois avoir une course de 510mm, après quelques recherches, il me faudrait une course de vérin de 190-200mm.

Je n'ai pas été clair, le système ne doit pas dépasser les 800x200mm. Sur la hauteur je n'ai pas de contraintes.

Le CG de la charge sera au milieu et la charge sera uniformément  répartis sur le plateau. Si vous voulez c'est comme si je pose une masse sur le plateau qui a les dimensions 800x200mm. 

Changement des plans, ce seront des vérins à vis, il me faut une accélération progressive. Je n'ai pas de vitesse fixe. C'est l'operateur qui choisira à quelle vitesse l'élévateur doit monter. Je me suis fixé 10mm/s comme vitesse max de montée. 

Merci pour votre réponse, je suis en apprentissage, c'est pour ça que je viens ici pour m'améliorer et en apprendre des autres ingénieurs. Donc on laisse Obi Wan en dehors de mes problèmes. 

Dites moi si je n'ai pas été clair

 

La forme de votre question laissait supposer votre statut.

Comme nous ne sommes pas là pour vous apporter des solutions toutes faites, surtout pour un "simple" problème de statique, on va juste vous donner des pistes.
En l'occurrence, comme je viens de le dire, il s'agit d'un problème de statique des forces. Je vous renvoi donc vers le cours que vous avez du avoir sur le sujet.

Montrez-nous vos schémas, croquis et autres calculs sur lesquels vous vous appuyez pour déterminer votre course de vérin par ex. A partir de là, on vous orientera volontiers.
S'agit-il d'un projet de l'entreprise où vous êtes en apprentissage ou d'un exercice ?
Vous ne parlez pas de la hauteur minimale que dois faire votre table (à moins qu'elle soit encastrée dans le sol).

Au fait, ObiWan est un des éminents membres de cette communauté ;-)

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Bonjour @davit27srg 

A l'évidence, le modèle 3D de la table élévatrice n'existe pas encore, et c'est tant mieux....
A mon sens, la démarche consiste à d'abord simuler sur un schéma en cinématique et statique (avec Meca3D en ce qui me concerne), de façon à rechercher la disposition optimale vis-à-vis des contraintes imposées : course, vitesse, poids de la charge… Et pré-dimensionner le vérin, une fois connus sa course et l’effort qu’il doit exercer.
Le travail sur un modèle 3D vient ensuite, pour éventuellement prendre en compte les masses et inertie des différentes pièces, et traiter le problème en dynamique. Puis vient la simulation EF pour dimensionner les différents éléments…

Illustration sur une étude rapide avec des dimensions "un peu au hasard", qui donne les résultats ci-dessous.
Données :
- Longueur des bras de levage : 760 mm
- Largeur de la table : 800 mm
- Course de levage : 520 mm, à la vitesse de 13 mm/s, avec démarrage et arrêt progressifs
- Charge maxi sur la table :   18700 N
Résultats :
- Mouvement visible sur l'animation en pièce jointe. Il est clair que le vérin que j'ai défini n'est pas adapté en terme de course. Après modification de ses points d'attache avec le bâti et le bras de levage, la simulation relancée donnera son verdict. Le but est de rechercher par itérations "la bonne disposition géométrique et cinématique".

- Déplacement (en rouge) et vitesse du vérin (en vert)
La course du vérin est de 210 mm.
La vitesse imposée à la table est de 13 mm/s, avec des phases de démarrage et arrêt progressives sur 10 s.
La vitesse maxi du vérin est de 6mm/s. La simulation donne la loi de vitesse du vérin pour obtenir la loi attendue de la table.

- Effort vérin (en vert), pour un charge de 18700 N sur la table (en rouge):
La valeur maxi est de 108 kN, en position basse de la table, soit plus de 6 fois la charge à soulever.
La position de la charge sur le plateau est sans effet sur l'action du vérin.
Il est clair que la disposition que j'ai retenue ne convient pas . Il s'agit d'une première ébauche, seul le concepteur de la table est en mesure de faire les choix adaptés.

Bon courage, à votre disposition si vous souhaitez creuser la question

M.Blt


tableelevatrice.mp4
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Je saurais résoudre ce problème sur papier, je souhaite savoir comment le faire sur SolidWorks car je pense c'est quelque chose qui va revenir souvent puis même pour plus tard ça pourra toujours me servir de savoir comment le faire.

J'ai fait une modélisation 3D très simplifiée, juste histoire d'avoir une ordre de grandeur de la course pour voir qu'est ce qu'on trouve sur le marché. 

En fait, l'élévateur va être posé sur un établi, et sur l'élévateur il y aura un support spécial pour une pièce qui fait justement 1.8 tonnes qui nécessite une réglage en hauteur précise. Il s'agit d'un projet de l'entreprise. 

Je ne suis pas clair dans mes explication vu que je suis en plein dedans je n'arrive pas à prendre du recul pour être plus clair pour ceux qui ne connaissent pas ce projet. 

Je vous remercie pour votre réponse

Bonjour @m.blt ,

C'est pile ce que je cherchais à savoir ! Merci beaucoup d'avoir pris le temps de me répondre !

Bonjour @davit27srg

Heureux de voir tu as écopé de la meilleure réponse.

Comme le sujet est clos et tout à fazit entre nous et gens sérieux  je peux te dire que je ne suis pas tout à fait raccord avec les calculs.

Pourquoi !

1°) Les dimensions hors tout de la table sont de 800 mm (on suppose que c'est la longueur) ce qui veut dire que si l'on prend des barres articulées pile en leur milieu ceux-ci ne peuvent faire que 800 mm. Moins puisque les axes sont fatalement à l'intérieur des 800 mm zone à ne pas dépasser.

2°) on ne sait pas si c'est un vérin hydraulique qui sera utilisé. On doit rajouter une certaine distance en plus de la course utile
3°) on ne connait pas la position basse de la table je suis parti à 300 mm du sol (pour éviter les trop gros efforts au démarrage)

4°) on ne connait pas la position de la chappe arrière du vérin par rapport à l'axe bas d'une des bras

5°) on ne connaît pas la position de la tige en haut du bras. (c'est déterminant  pour la course et la force à exercer pour soulever la charge.

6°) on connait la hauteur entre position basse et haute 0 à 560 mm

BREF !

un simple esquisse sous SW montre qu'il n'est pas possible d'avoir 560 mm de course avec un table simple ciseaux mais qu'il faut passer à une double ciseaux au minimum.
A noté que le plus simple serait d'avoir un vérin à l'horizontal situé à la hauteur des axes bas et même là la course doit être  d'au moins 425 mm mais au moins la longueur hors tout à une chance de passer (stroke + minimum space)
Le vérin pour une simple ciseaux n'a pas la longueur suffisante pour 560 mm car dimension du vérin = Course + 100 à 200 mm d'encombrement, soit un minimum de 800 mm ce qui ne rentre pas dans la table en position basse etc.... etc....

Avec une double ciseau et le vérin placé correctement c'est possibleavec une course assez faible mais avec une force du vérin est conséquente.

Pour la force nécessaire c'est encore pire au départ c'est au moins 119 kN et après 300 mm c'est ) 290 kN pour 19kN de charge à soulever.

Moralité : la course du vérin indiqué par le primo demandeur est erronée apparemment (il est indiqué ceci :  après quelques recherches, il me faudrait une course de vérin de 190-200mm.) Il faut au minimum 345 mais en réalité plus.

Entre nous une table qui soulève 1,8 tonne et qui ne fait que 200 mm de large il va y avoir des morts chez les opérateurs d'autant que la table est elle même sur un chariot.

Faire une table double ciseaux avec une largeur autorisée de seulement 200 mm ça va être sportif.

Mon point de vue c'est que faire un calcul statique sans avoir les cotes d'une cinématique fonctionnelle ne sert qu'à partir sûr de mauvais calculs surtout avec des table simple ou double ciseaux.

A noter que Solidworks motion permet de connaitre les efforts et que Solidworks Simulation permet de connaître les contraintes max dans les barres et les axes et que Solidworks CAO permet de faire en quelque minutes une cinématique qui tient la route. Une simple feuille excel fait pratiquement la même chose (sauf RDM précise)

Cordialement

PS : Les calculs que je fais, le sont à partir de feuilles excel entièrement paramétrables ! Dans les faits simple ciseau ou double ciseaux change pas mal de choses ;:-)

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Bonjour @Zozo_mp,

Je vous remercie pour votre réponse, je prends note, je vais chercher une solution efficace aujourd'hui. 

Cordialement

Ne confondons pas le pianiste et le piano...

Bonjour @Zozo_mp 

Je souhaite réagir à votre message adressé à notre collègue @davit27srg , suite à sa demande d'aide.
J'ai lu avec beaucoup d'attention ce message, où vous indiquez en introduction que vous n'êtes "pas tout a fait raccord avec les calculs". J'imagine que vous évoquez la simulation mécanique que j'ai proposée en réponse à la demande de ce collègue.

La question de Davit21srg concerne la détermination d'un effort dans un système qu'il décrit sommairement en se limitant à quelques données de base: course, vitesse, charge... Ma réponse consiste en une possibilité de satisfaire à cette demande de calcul d'un effort (et du mouvement associé). La simulation utilise un schéma dont le principe est similaire à celui de l'illustration qui accompagne la question. Faute de dimensions et d'un cahier des charges précis, ce ne sont que des pistes d'analyse que je propose, et en aucun une validation de la conception envisagée.
Peut-être ai-je tort d'illustrer de façon détaillée les démarches que je propose, sur la base de schémas et autres courbes, en imaginant que c'est une aide à la compréhension. Mais j'ai dans l'idée que simplement indiquer "faire une simulation mécanique" ne sera pas d'un grand secours.

J'ai par ailleurs pris soin à plusieurs occasions d'émettre des réserves: "le vérin [] n'est pas adapté en terme de course", "rechercher [] la bonne disposition géométrique et cinématique", ou encore "Il est clair que la disposition que j'ai retenue ne convient pas".
La simulation que je propose est un outil parmi d'autres dont la finalité est d'évaluer certaines grandeurs physiques d'un système, grandeurs sur lesquelles on peut s'appuyer pour valider - ou rejeter - un avant-projet de conception. Il appartient au responsable de ce projet, ici Davit27srg, de prendre cette décision avant de poursuivre ou non sa conception sur ce système.

En revanche, je suis pleinement d'accord avec vos remarques concernant le manque de données pour concevoir le mécanisme.Il est clair qu'implanter un vérin à vis capable d'un effort de près de 100 kN ne sera pas une mince affaire dans l'espace alloué. Encore faut-il être en mesure de connaître la valeur de cet effort pour prendre conscience du problème...

Plus loin dans votre message, vous faites vous-même une analyse critique du système envisagé, puis des propositions d'évolution (de simple ciseau en double ciseau) en vous appuyant sur des résultats issus d'une esquisse de SolidWorks ou d'une feuille de calcul du tableur Excel. Voyez-vous une différence de nature entre ces outils et une analyse cinématique/statique avec Meca3D? Il s'agit dans tous les cas de simulations, pour aboutir à des valeurs chiffrées qui déterminent la décision. Les calculs eux-mêmes ne sont pas en cause...

Davit27srg indique qu'il est en apprentissage, et qu'il cherche à progresser. Il peut découvrir deux aspects de la conception mécanique à travers nos réponses respectives: la dimension "calculatoire" dans un premier temps, quel que soit l'outil de simulation utilisé, et la capacité à analyser et critiquer les solutions, et à décider sur la base, entre autres éléments, des résultats de ces simulations.

Et pour conclure, tout à fait en accord avec la qualité que vous nous attribuez de "gens sérieux"...
Cordiales salutations,

M. Blt

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Bonjour @m.blt

Je crois que nous sommes d'accord et surtout ne croyez pas que je critique méca3D, ni votre approche ;-)

Je voulais surtout insister, mais vous l'avez compris, sur le fait que compte tenu du volume imposé très restreint on ne pouvait pas commencer à chercher un vérin sans avoir une cinématique fonctionnelle.
Une mini cinématique avec une simple esquisse montre que le simple ciseau ne peut fonctionner et cela sans calculs d'où la proposition d'une table double ciseau (et non pas simple ciseau comme dans l'image du demandeur).

Dans le fichier joint j'ai mis deux positions possibles pour le vérin et pour moi seul le vérin en bas à l'horizontale présente les conditions requises (course et encombrement). Toutefois je n'ai pas regardé si cela passait en largeur (j'ai des doutes)
Personnellement je procède toujours dans l'ordre : cinématique totalement fonctionnelle et après calculs avec quelques fois avec des itérations si les calculs montrent une nécessité de redimensionnement.

Si tu avais l'amabilité de faire les calculs dans méca3D à partir de cette mini maquette jointe ce serait sympa et instructif.

J'ai mis l'image car le fichier PART est en V 2019 que tout le monde n'a pas

Cordialement

 

 


cinematique_table_elevatrice_encombrement_restreint.sldprt

Bonjour @m.blt ,

J'ai Méca 3D, la dernière fois que je l'ai utilisé c'était il y a 4 ans, pourriez vous m'indiquer comment est ce que vous avez fait une simulation en 2D s'il vous plaît ? J'arrive à avoir la barre de méca 3D que lorsque je suis en assemblage donc forcement je dois avoir des pièces 3d non ? 

Merci d'avance 

Cordialement

@Zozo_mp , @davit27srg ...

Retour sur le levage avec table à ciseaux...
Je viens de faire une rapide simulation sur les mêmes bases que ma première réponse du point de vue de la charge et de son mouvement, mais avec la cinématique que vous proposez, à double ciseau.
Quelques résultats clés:
Du point de vue de la charge, sa vitesse et son déplacement:
La vitesse (en vert) suit une loi imposée en trapèze avec une valeur maxi de 13 mm/s. La course (en rose) est de 510 mm.

Du point de vue de la cinématique du vérin : vitesse (en vert), valeur maxi de 3,6 mm/s. Déplacement (en rose), course totale de 103 mm.

Du point de vue de l'effort du vérin (en vert) : effort maxi en position basse, de 175 kN, soit environ 10 fois la valeur de la charge (efforts négatifs compte tenu du repère utilisé pour le vérin). La charge apparait en rose à titre de comparaison.
L'axe des abscisses est en haut du graphe.

J'ai profité du schéma pour regarder la solution avec vérin "oblique". La course du vérin est de 274 mm, sa vitesse maxi de 7,5 mm/s.
Du point de vue des efforts, l'allure est plus régulière, et la valeur maxi est d'environ 60 kN (ici, il est positif !).
Pas réellement surprenant, la course est 2,5 fois plus longue...
Le rapport effort vérin sur charge est plus favorable dans cette config. Reste à implanter un vérin ayant cette capacité.

Tout ceci dans un monde idéal sans frottements, ni perturbations, ni déformations...
Bonne journée à tous,

M.Blt

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