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MODULE DES SCIENCES APPLIQUÉES

Étude de conception des modifications du véhicule

TOYOTA LAND CRUISER

PROJET APPLIQUÉ DE FIN D’ÉTUDES EN INGÉNIERIE DANS LE CADRE DU PROGRAMME DE BACCALAURÉAT EN GÉNIE ÉLECTROMÉCANIQUE

Présenté par : Kroumil Zineb, 4ème année étudiante en génie électromécanique.

El Ouafi Abderrahim, 4ème année étudiant en génie électromécanique.

Superviseur: Walid Ghié, professeur, P.h. D., ing. Jr., Professeur, UQAT.

Représentant industriel : Robert Lefloïc, Directeur département de soudure, Accès Industriel.

2 Avril 2009

PFE – Conception des modifications du véhicule de mine «Toyota Land Cruiser»

KROUMIL Zineb EL OUAFI Abderrahim

Hiver 2009 ii

REMERCIEMENTS

Nous tenons à offrir nos sincères remerciements, à :

• Superviseur, Walid Ghié professeur de module de sciences appliquées pour son soutien

constant, ses précieux conseils et sa disponibilité tout au long de ce projet.

• Robert Lefloïc notre représentant industriel pour avoir suivi de prêt notre travail

pendant notre présence à l’entreprise Accès Industriel.

• Fouad Erchiqui, Tikou Belem & Yves Ruel, Professeurs à l’UQAT pour leurs conseils

et suggestions.

• Patrick Martel, Ingénieur du GÉNIVAR.

• Membres du Jury qui nous font l’honneur de participer à la présentation.

• Tous les membres du département des sciences appliquées (programme de génie) qui,

de prés ou de loin, ont participé directement ou indirectement à la réalisation de ce

projet.

Enfin, nous adressons notre dernier remerciement, mais non le moindre, à nos familles (famille

Kroumil et famille El Ouafi) pour leurs soutien morale.



Hiver 2009 iii

RÉSUMÉ

Accès Industriel est spécialisé dans la vente, l’adaptation et la location des véhicules Toyota

Land cruiser, transformés et modifiés selon les exigences et les applications de chaque

utilisateur.

Lors de la circulation de ce véhicule dans les galeries des mines, il a été remarqué que malgré

sa petite taille, il ne peut pas virer dans un court rayon, et sa suspension ne peut pas accepter le

terrain accidenté.

Pour cela, l’entreprise a décidé d’articuler le châssis afin de faciliter sa circulation, et de

l’équiper par un nouveau modèle de plates-formes élévatrices à ciseaux. Cet engin sera son

propre produit afin de diminuer leurs coûts de fabrication ainsi que les délais de livraison.

Le travail présenté dans ce projet de fin d’études en génie électromécanique a pris forme afin de

résoudre ces problématiques.

Quatre solutions ont été proposées en ce référant à des modèles des véhicules articulés et des

plates-formes élévatrices existants. Deux solutions concernant l’articulation et les deux autres

solutions concernant la plate-forme à ciseaux.

Deux solutions parmi les quatre ont été choisies par le représentant industriel suite à leurs

avantages au niveau du coût et de sa facilité de mise en œuvre. Ces solutions consistent

à concevoir:

• Une articulation avec arbre de transmission articulé et guidé;

• Une plate-forme avec des roues en acier.

Une étude approfondie sur ces deux solutions a été réalisée, qui consiste d’abord à évaluer leur

résistance structurale afin de les optimiser par la suite, puis développer leur circuit hydraulique

de fonctionnement, et à la fin, analyser leur coût de fabrication et d’implantation.



Hiver 2009 iv

ABSTRACT

Accès Industriel is specialized in the sale, the adaptation and the hiring of the vehicles Toyota

Land cruiser, Transformed and modified according to the requirements and applications of each

user.

During the circulation of this vehicle in the galleries of the mines, it was noticed that in spite of

its small size, it cannot transfer in a short ray, and its suspension cannot accept the rough

ground.

For that, the company decided to articulate the frame in order to facilitate its circulation, and to

equip it by a new model with lift scissor platforms. This machine will be the new product of the

company in order to reduce their manufacturing costs as well as the delivery periods.

The work presented in this final project in electromechanical engineering took form to solve

these problems.

Four solutions were proposed in this referring to models of the articulated vehicles and lifting

platforms existing. Two solutions concerning the articulation and the two other solutions

concerning the platform with scissors.

Two solutions among the four were chosen by the industrial representative following their

advantages on the level of the cost and its simplicity of implementation. These solutions consist

in conceiving:

• An articulation with driveshaft articulated and guided;

• A platform with steel wheels.

An in-depth study on these two solutions was carried out, which initially consists in evaluating

their structural strength in order to optimize them thereafter, then to develop their hydraulic

system of operation, and at the end, to analyze their manufacturing costs and implementation.



Hiver 2009 v

Table des matières

CHAPITRE I : INTRODUCTION ........................................................................................................... 10

1.1 Aperçu de l’entreprise ............................................................................................................... 11

1.2 Problématiques : ....................................................................................................................... 13

1.3 Situation désirée : ..................................................................................................................... 15

1.4 Mandat : .................................................................................................................................... 16

CHAPITRE 2 : RECHERCHE DES SOLUTIONS ................................................................................. 17

2.1 Articulation ............................................................................................................................... 18

2.1.1. Situation actuelle du véhicule Toyota Land Cruiser ......................................................... 18

2.1.2. Critères techniques pour la conception de l’articulation : ................................................. 18

2.1.3. Solutions proposées : ........................................................................................................ 19

2.2 Plate-forme élévatrice à ciseaux: ............................................................................................. 21

2.2.1. Généralités : ...................................................................................................................... 21

2.2.2. Norme nationale canadienne pour la conception de la plateforme à ciseaux : .................. 22

2.2.3. Caractéristiques techniques fournis par le client : ............................................................. 24

2.2.4. Solutions proposées : ........................................................................................................ 24

2.3 Comparaison des solutions : ..................................................................................................... 26

CHAPITRE 3 : DÉVELOPPEMENT DE LA SOLUTION FINALE ..................................................... 29

3.1. Développement et dimensionnement de la plate-forme à ciseaux ........................................... 30

3.1.1 Étude structurale : ............................................................................................................. 37

3.1.2 Circuit hydraulique de la plateforme élévatrice à ciseaux: ............................................... 42

3.2. Dimensionnement et Développement du véhicule articulé portant une plate-forme à ciseaux: 50

3.2.1. Étude structurale de l’articulation : ................................................................................... 51

3.2.2. Étude structurale du pivot : ............................................................................................... 55

3.2.3. Circuits hydrauliques – stabilisateurs et pivot - ................................................................ 56

CHAPITRE 5 : SANTÉ ET SÉCURITÉ – ÉTUDE DES COÛTS DE LA SOLUTION FINALE ......... 58

CONCLUSION ........................................................................................................................................ 65

RECOMMANDATIONS : ....................................................................................................................... 66



Hiver 2009 vi

RÉFÉRENCES ET BIBLIOGRAPHIES ................................................................................................. 67

Annexe A : Programme Matlab pour le calcul statique ........................................................................... 68

Annexe B : Résultats de simulation de la plate-forme élévatrice à ciseaux sur Ansys ............................ 70

Annexe C : Résultats de la simulation de l’articulation sur Ansys .......................................................... 84

Annexe D : Programme Matlab pour le calcul des paramètres du circuit hydraulique ............................ 88

Annexe E :JLG scissor ............................................................................................................................. 90

Annexe F:Pompe hydraulique choisie – CHV HYDRAULIQUE. .......................................................... 92

Annexe H : Soumissions fournis par GÉLIKO. ....................................................................................... 94

Annexe I : Dessin détaillé de l’articulation. ............................................................................................. 97

Annexe H : Dessin détaillé de la plate-forme à ciseaux. .......................................................................... 98



Hiver 2009 vii

Liste des figures

Figure 1- 1 : Entreprise Accès Industriel. ................................................................................................ 11 Figure 1-2: Véhicules équipés pour les besoins miniers. ......................................................................... 12 Figure 1- 3 : Véhicule Toyota dans la mine Doyon subi un virage. ......................................................... 13 Figure 1- 4 : Plate-forme à ciseaux. ......................................................................................................... 14 Figure 1- 5 : Camion avec une plateforme à ciseaux dans une mine. ...................................................... 14 Figure 1- 6 : Situation désirée du véhicule Toyota Land Cruiser. ........................................................... 15 Figure 2- 1 : Véhicule Toyota Land Cruiser avant modification. ............................................................ 18 Figure 2- 2 : Dessin montrant la situation actuelle de Toyota. ................................................................. 19 Figure 2- 3 : Articulation avec arbre de transmission articulé et guidé. ................................................... 20 Figure 2- 4 : Articulation avec arbre de transmission articulé et libre. .................................................... 21 Figure 2- 5 : Plate-forme à ciseaux. ......................................................................................................... 22 Figure 2-6 : Plateforme à ciseaux avec des appuis glissants. ................................................................... 25 Figure 2-7 : Plateforme à ciseaux avec des roues en acier. ...................................................................... 26 Figure 2-8 : Solutions retenues. ............................................................................................................... 28 Figure 3- 1 : Plate-forme à ciseaux avec des roues en acier modélisée. .................................................. 31 Figure 3- 2 : Vu de face de l'élévateur à ciseaux. ..................................................................................... 32 Figure 3- 3 : Sections simulées. ............................................................................................................... 37 Figure 3- 4: Simulation de la section haut de la plate-forme. .................................................................. 40 Figure 3- 5 : Application de forces extérieures de 300 lbf dans plusieurs endroits. ................................ 41 Figure 3- 6 : Simulation des traverses supérieures ou intermédiaires de la plate-forme. ......................... 42 Figure 3- 7 : Circuit hydraulique en position neutre du système de levage de la plate-forme à ciseaux. 43 Figure 3- 8: Véhicule articulé portant la plate-forme élévatrice équipée par des dispositifs de sécurité. 51 Figure 3- 9 : Chargements et forces appliquées sur le véhicule articulé. ................................................. 52 Figure 3- 10: Représentation des forces sur le châssis. ............................................................................ 53 Figure 3- 11 : Illustration des forces appliquées dans le logiciel Solid Works. ....................................... 53 Figure 3-12: Simulation de l'articulation. ................................................................................................. 54 Figure 3- 13 : Simulation du pivot. .......................................................................................................... 55 Figure 3- 14: Circuit hydraulique finale. .................................................................................................. 56



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Liste des tableaux

Tableau 1: Les avantages et inconvénients des solutions proposées. ....................................................... 27 Tableau 2: Résultat d'étude statique. ........................................................................................................ 33 Tableau 3: Valeurs des réactions dans les liaisons. .................................................................................. 36 Tableau 4: Résultats d'étude structurale pour les trois sections. .............................................................. 39 Tableau 5 : Résultats d'étude structurale de la plate-forme. ..................................................................... 41 Tableau 6: Caractéristiques de la pompe choisie. .................................................................................... 45 Tableau 7: Simulation du circuit hydraulique de la plate-forme. ............................................................. 48 Tableau 8 : Comparaison entre les résultats de la simulation et les résultats théoriques : ....................... 49 Tableau 9 : Estimation des coûts de fabrication des pièces de la plate-forme élévatrice. ........................ 61 Tableau 10 : Estimation des coûts des composantes hydraulique de la plate-forme à ciseaux. ............... 62 Tableau 11 : Estimation des coûts de fabrication des pièces de l’articulation. ........................................ 62 Tableau 12 : Estimation des coûts des composantes hydraulique de l’articulation. ................................ 63



Hiver 2009 ix

Liste des symboles et des abréviations

: ébit à l’admission

Unité de mesure (pouce).

D

Débit au refoulement :

Pression à l’admission

ression au refoulement : P

Vitesse de sortie de la tige

La force de poussé sur la tige

L’aire effective de la base du piston :

L’aire effective de la base la tige :

Puissance mécanique au niveau de la tige

Puissance hydraulique à l’admission du vérin

ent répartie. Chargem

Le poids.

G.P.M : galon par minute.

lbs : livre ou livre-masse, unité de masse utilisée dans l’impériale.

R.P.M : rotation par minute.

http://74.125.91.132/translate_c?hl=fr&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Units_of_measurement&prev=/search%3Fq%3Dlbs%26hl%3Dfr&usg=ALkJrhhye3P_bSI9DpUIazuzFUwaHyJ8Nw

http://74.125.91.132/translate_c?hl=fr&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Mass&prev=/search%3Fq%3Dlbs%26hl%3Dfr&usg=ALkJrhgNtWcJGQ_nQrSPLc01sa1Wvbchfg

http://74.125.91.132/translate_c?hl=fr&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Imperial_unit&prev=/search%3Fq%3Dlbs%26hl%3Dfr&usg=ALkJrhiThV6cEAk_iQsdltWZZ0K9HCarZQ



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CHAPITRE I : INTRODUCTION



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À travers ce chapitre, une présentation générale de l’entreprise sera effectuée. Ensuite, les

problématiques et le mandat du projet seront définis.

1.1 Aperçu de l’entreprise

L’entreprise «Accès Industriel» (fig.1-1) située à Rouyn-Noranda au Québec a été fondée en

1998, elle fait partie de la dynamique division industrielle du Groupe Dion. Elle couvre

principalement le territoire de l’Abitibi-Témiscaminque, mais ses clients viennent aussi du reste

du Québec ainsi que de l’Ontario et des Maritimes. L’équipe Accès Industriel compte

actuellement plus de 30 employés.

Figure 1- 1 : Entreprise Accès Industriel.

Accès Industriel se spécialise dans la vente et la location d’équipements destinés aux

particuliers et aux entreprises qui œuvrent dans les domaines : minier, forestier et de la

construction. Elle dispose d’un atelier de mécanique et de soudure pour entretenir, réparer et

fabriquer son matériel.



Hiver 2009 12

Parmi les principaux services et produits offerts par l’entreprise, il y a :

• Location : Accès Industriel loue notamment toute une gamme de chariots élévateurs, de mâts

hydrauliques, de nacelles et de plates-formes élévatrices pour différentes applications. Un

programme d’entretien préventif est aussi offert pour les équipements de levage. L’entreprise

possède d’ailleurs une unité mobile qui lui permet d’offrir ce genre de service.

• Vente : Accès Industriel est spécialisé également dans la vente des véhicules Toyota Land

Cruiser. Ces derniers sont transformés selon les exigences des clients afin de s’en servir au

transport de passagers, d’outillage ou d’équipements. Parmi les transformations effectuées sur

ces véhicules, l’installation des cabines en aluminium pour transporter les passagers, des boîtes

en aluminium pour les outils de travail miniers ou des équipements tels que les nacelles, grues

auxiliaires et les plates-formes à ciseaux.

La figure 1- 2 montre quelques véhicules Toyota Land Cruiser transformés aux besoins miniers.

Figure 1-2: Véhicules équipés pour les besoins miniers.



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1.2 Problématiques :

Deux problématiques ont été constatées par l’entreprise, l’une concernant le véhicule Toyota

lors des déplacements dans les galeries des mines et l’autre concernant le délai et le coût des

plates-formes élévatrices.

Véhicule Toyota : Les véhicules sont relativement petits et robustes, ils peuvent passer dans les

coins les plus difficilement accessibles. Leur principal défaut est qu’ils ne peuvent pas virer

dans un court rayon (fig.1-3) et la suspension ne peut pas accepter le terrain accidenté (des

pentes, des virages et un terrain en mauvais état).

Figure 1- 3 : Véhicule Toyota dans la mine Doyon subi un virage.

La plateforme à ciseaux : Aujourd’hui, plusieurs mines sont mécanisées. La méthode

d’extraction ainsi que le type de gisement exigent que la mine utilise plusieurs plates-formes.

Dans des galeries hautes et larges, il se sert de plates-formes élévatrices à ciseaux (fig.1.4) pour

différentes opérations : boulonnage, installation de la ventilation, etc.



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Figure 1- 4 : Plate-forme à ciseaux.

La figure 5 montre une plate-forme à ciseaux fixée à l’arrière d’un véhicule sur roues.

Figure 1- 5 : Camion avec une plateforme à ciseaux dans une mine.



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Comme déjà mentionné, la plupart des clients de l’entreprise sont les compagnies des secteurs

miniers. Ses clients exigent l’installation d’un élévateur à ciseau sur le véhicule Toyota Land

Cruiser. Selon le dirigeant, le problème qui se pose à ce niveau est le délai de livraison de cet

appareil de levage qui peut aller jusqu’à 6 semaines. Ainsi que le coût d’achat qui se lève

jusqu’à 10 000$ pour un élévateur à ciseau de 3 sections.

Pour y remédier, l’entreprise demande à développer une étude de conception d’une plate-forme

à ciseaux qui sera installée sur le châssis articulé du véhicule Toyota Land cruiser.

1.3 Situation désirée :

Avant de procéder au développement d’une solution, cette section décrit la situation désirée.

Accès Industriel désire rendre le véhicule plus versatile et mieux adapté aux besoins du milieu

minier. Pour atteindre cet objectif ce véhicule doit être muni d’une articulation, qui sera capable

de le faire virer dans un court rayon et de stabiliser sa partie arrière sur un plan horizontal. La

partie arrière doit être équipée d’un élévateur à ciseaux capable de se lever à 12 pieds en

supportant un chargement de 500 livres.

Figure 1- 6 : Situation désirée du véhicule Toyota Land Cruiser.



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1.4 Mandat :

Le mandat proposé par l’entreprise est la conception des modifications d’un véhicule de mine Toyota Land cruiser, consistant à :

• Concevoir un système de levage;

• Modéliser le système de levage;

• Réaliser une simulation du circuit hydraulique du système de levage à l’aide du logiciel

Automation studio;

• Conception d’une articulation au niveau du véhicule;

• Modéliser l’articulation du véhicule;

• Réaliser une étude structurale sur les deux concepts étudiés.

• Estimer les coûts de la solution;

• Documenter l’ensemble du projet.



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CHAPITRE 2 : RECHERCHE DES SOLUTIONS



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A travers ce chapitre, quatre solutions ont été proposées aux problématiques citées

précédemment; deux solutions concernant l’articulation du véhicule Toyota Land Cruiser et les

deux autres solutions concernant la plate-forme à ciseaux.

2.1 Articulation

Dans cette section, une description de la situation actuelle du véhicule sera définie, ainsi que les

critères exigés par le client afin de solutionner le problème lié au véhicule Toyota.

2.1.1. Situation actuelle du véhicule Toyota Land Cruiser

Ce véhicule est muni d’un moteur Diesel avec six cylindres et une transmission de cinq vitesses

manuelles. Il est conçu pour les applications difficiles. Il est composé d’un châssis, dont la

partie avant porte le poste de conduite, et la partie arrière qui porte les équipements.

Figure 2- 1 : Véhicule Toyota Land Cruiser avant modification.

2.1.2. Critères techniques pour la conception de l’articulation

Les critères suivants doivent être pris en considération pendant la conception de l’articulation :

Facilité du mouvement d écanisme.

u m

Angle de virage environ 30°.



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Articulation sur les deux plans autour de l’axe X et de l’axe Y (fig.2-2).

Figure 2- 2 : Dessin montrant la situation actuelle de Toyota.

Facilité de fabrication des pièces : pliage, usinage, soudage.

Facilité de l’implantation dans le châssis.

Supporter une plate-forme à ciseaux installé à l’arrière du châssis.

Guidé par un circuit hydraulique.

Coût de fabrication moyen.

Sécurité du véhicule.

2.1.3. Solutions proposées :

Au niveau de l’articulation, les deux solutions proposées seront décrites ci-après de manière

plus détaillée.

Solution 1 : Articulation avec arbre de transmission articulé et guidé.

Cette solution consiste à introduire une articulation dans le châssis, capable de faire pivoter la

partie arrière du châssis par rapport à la partie avant autour des deux axes X et Y (fig.2-3).



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Cette articulation va être conçue de façon à introduire l’arbre de transmission à travers son

centre (voir fig.2-3). Vue que l’arbre de transmission n’est pas centré et il passe au dessous du

châssis, il faut donc l’articuler à trois endroits afin de le ramener au centre de l’articulation ainsi

pour faciliter son mouvement. Cette articulation va être guidée par deux vérins reliant les deux

parties du châssis, ces vérins vont être intégrés dans le circuit hydraulique de la direction du

véhicule.

Figure 2- 3 : Articulation avec arbre de transmission articulé et guidé.

Solution 2 : Articulation avec arbre de transmission articulé et libre.

Une autre solution qui a été proposée consiste à introduire une articulation dans le châssis,

ayant le même principe de fonctionnement de l’articulation de la première solution, sauf qu’au



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lieu d’introduire l’arbre de transmission à son centre, il sera articulé et centré au dessous d’elle

comme indiquée à la figure 2-4. Cette articulation aussi va être guidée par un circuit

hydraulique avec deux vérins comme déjà expliqué dans la première solution.

Figure 2- 4 : Articulation avec arbre de transmission articulé et libre.

2.2 Plate-forme élévatrice à ciseaux:

À travers cette section, une vue générale sur l’utilité et les normes de conception et de

fabrication des plates-formes sera déterminée, ainsi des caractéristiques techniques fournis par

le client seront indiquées afin de trouver des nouveaux concepts pour la plate-forme à ciseaux.

2.2.1. Généralités :

La plate-forme de travail élévatrice, ou table élévatrice à ciseaux, est un engin muni d’une

plate-forme de travail à position réglable (monté sur une structure) qui est utilisé pour mettre en

place le personnel, l’outillage et les matériaux nécessaires à l’exécution d’une tâche. Les gens



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des métiers industriels et de la construction utilisent très souvent ce type de mécanisme en

raison de sa versatilité, de sa stabilité et de sa facilité d’utilisation.

Les plates-formes à ciseaux sont utilisées entre autres, dans des galeries hautes et larges des

mines pour différentes opérations comme sondage, purgeage, boulonnage et installation de la

ventilation.

La plate-forme élévatrice (fig.2-5) est constituée au minimum d’une plate-forme de travail (un

plateau entouré d’un garde-corps), une structure extensible (mécanisme à ciseaux) et un châssis

(châssis de véhicules ou porteur).

Elle est soulevée et abaissée par des vérins hydrauliques et un mécanisme à ciseaux expansif.

Les plateformes à ciseaux doivent être installées sur un terrain d’un niveau stable.

Figure 2- 5 : Plate-forme à ciseaux.

2.2.2. Norme nationale canadienne pour la conception de la plateforme à ciseaux :

La plate-forme doit être conçue selon la norme CAN/CSA-B354.1-04. Cette norme vise à

définir les critères de conception de fabrication, de mise à l’essai, de rendement, d’inspection,

d’entretien et de conduite prudente des plates-formes de travail élévatrices portatives afin de

protéger les travailleurs et de réduire au minimum les risques de blessures.



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• Charge de travail nominale : La charge de travail nominale d’une plate-forme élévatrice

ne doit pas être inférieure à 300 lb.

• Table :

Largeur et la surface : La table doit avoir au moins 18 po de largeur. La surface

du plancher doit être antidérapante.

Garde corps : La table doit comporter un garde-corps sur son périmètre extérieur.

Si le garde corps est amovible ou s’il peut être abaissé, il faut alors que les

dispositifs servant à le maintenir en position normale de fonctionnement soient

placés à un endroit pratique pour les inspections et l’entretien.

Traverse supérieure : Le garde-corps doit comporter une traverse supérieure sur

son périmètre extérieur. La traverse supérieure doit être placée à 42 3 po au

dessus du plancher de la table.

Traverse intermédiaire : Le garde corps doit comporter une traverse à peu prés à

mi-chemin entre la traverse supérieure et le plancher de la table.

• Plinthes : La table doit être comportée des plinthes sur tous ses côtés. Les plinthes

doivent mesurer au moins 4 po de hauteur.

• Accès : La plate-forme élévatrice doit comporter un accès permettant au personnel

d’entrer sur la table et d’en sortir tandis qu’elle est en position abaissé. Dans le cas où la

distance entre le niveau d’accès et le plancher de la table à sa position d’accès dépasse

20 po. La plateforme élévatrice doit être pourvue d’une échelle d’accès. Le système

d’accès doit permettre et, en plaçant correctement les composants, faciliter l’obtention

de trois points de support lors de la montée ou de la descente du système d’accès.

Les marches ou les échelons doivent satisfaire aux exigences suivantes :

Ils ne doivent pas être espacés de plus de 12 po.

Ils doivent être répartir à égale distance entre la première marche ou le premier

échelon et le plancher de la table.

La première marche ou le premier échelon doit se trouver à 20 po du sol.



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Chaque marche doit avoir au moins 12,5 po de largeur tout au moins 1 po de

profondeur et doit avoir une surface antidérapante.

L’avant des marches doit être à une distance horizontale d’au moins 6 po de la

structure de support de tout autre composant de la plate-forme élévatrice.

L’échelle d’accès doit être symétrique avec l’ouverture d’accès.

2.2.3. Caractéristiques techniques fournis par le client

Selon le client, la plate-forme à ciseaux doit respecter les critères suivants :

Constituée de trois sections (X);

Guidée par deux vérins;

Fabriquée par des pièces standards (Tubes rectangulaires, profilés) et des plaques

pliées.

Avoir une plate-forme d’une longueur de 67 pouces et une largeur de 36 pouces;

Être capable de lever une charge de 500 livres;

Et atteindre une hauteur maximale de 12 pieds.

2.2.4. Solutions proposées

Les solutions suivantes sont le résultat d’une étude approfondie visant à concevoir une

plateforme à ciseaux n’utilisant que des pièces faciles à fabriquer et à très bas coût.

Solution 1 : plateforme à ciseaux avec des appuis glissants.

Cette solution consiste à concevoir une plateforme avec des appuis glissants sur des railles, un

panier avec coins ronds, une base fabriquée avec une plaque pliée, des vérins supportés sur des

poutres profilés en L et des membrures fabriquées avec des tubes rectangulaires.



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Figure 2-6 : Plateforme à ciseaux avec des appuis glissants.

Solution 2 : plateforme à ciseaux avec roues en acier.

Cette solution consiste à concevoir une plateforme avec des appuis roulants avec des roues en

acier, un panier avec coins ronds, une base fabriquée avec des poutres profilés en L, des vérins

supportés sur des tubes circulaires et des membrures fabriquées avec des tubes rectangulaires.



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Figure 2-7 : Plateforme à ciseaux avec des roues en acier.

2.3 Comparaison des solutions :

Le tableau 1 contient un résumé de toutes les solutions proposées ainsi que leurs avantages et

leurs inconvénients.



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Tableau 1: Les avantages et inconvénients des solutions proposées.

Solutions proposées

Avantages

Inconvénients

Arti

cula

tion

1

Articulation avec arbre de transmission articulé et

guidé.

Facilité de fabrication des pièces dans l’entreprise (HSS, pièces pliées)

Coût de fabrication moyen.

Facilité de mouvement du mécanisme.

3 articulations de plus sur l’arbre de transmission. Plus d’opérations de

fabrication.

2 Articulation avec arbre de transmission libre.

Facilité de fabrication des pièces dans l’entreprise.

Simplicité de conception. Cout de fabrication

moyen.

Risque de blocage de l’arbre de transmission.

Arbre de transmission non centré.

Complexité du mouvement du mécanisme.

Plat

e-fo

rme

à ci

seau

x

1 Plateforme à ciseaux avec des appuis glissants.

Fabriquée avec des pièces standards.

Levage avec deux vérins moins de pression

dans le circuit.

Translation des membrures avec glissière usure.

Base faite avec une plaque pliée plus de poids et moins résistance.

Supports des vérins faits avec des profilés en L risque de torsion.

2

Plateforme à ciseaux avec des roues en acier.

Fabriquée avec des pièces standards.

Levage avec deux vérins moins de pression

dans le circuit. Translation des

membrures avec des roues en acier facilitée de translation.

Base fait avec des profilés en L rigidité.

Supports des vérins faits avec des tubes ronds éviter la torsion.

Roues en acier fabriqués par usinage plus de coût.



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Après discussions sur les solutions proposées avec le représentant industriel de l’entreprise

Accès Industriel, l’articulation avec arbre de transmission articulé et guidé et la plate-forme

avec des roues en acier ont été choisies suite à leurs avantages (tableau 1).

Figure 2-8 : Solutions retenues.

Le prochain chapitre présente une étude approfondie pour les deux solutions afin d’examiner

les deux concepts réalisés et pour trouver toutes les informations sur les produits nécessaires.



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CHAPITRE 3 : DÉVELOPPEMENT DE LA SOLUTION FINALE



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Dans ce chapitre, les étapes de développement de la solution finale seront détaillées. Chacune

des étapes sera expliquée et appuyées par des simulations et des études relatives aux concepts

étudiées.

À la fin, une proposition du matériel et des composantes hydrauliques nécessaires pour la

fabrication des concepts choisis sera réalisée.

3.1. Développement et dimensionnement de la plate-forme à ciseaux

Les plates-formes élévatrices doivent être conçus, construites et mises à l’essai suivant des

principes d’ingénierie compatibles avec toutes les données disponibles concernant les

paramètres d’utilisation envisagée et les conditions environnementales prévues en tenant

comptent du fait qu’elles assurent le transport du personnel.

Parmi ces principes d’ingénierie qui doivent être traités et étudiés, il y a l’étude de la structure

(étude de résistance de matériaux), et l’étude du circuit hydraulique qui actionne la plate-forme

à ciseaux (fig.3-1). Pour cela, une étude statique sera réalisée sur la plate-forme à ciseaux pour

déterminer les réactions dans les liaisons.



Hiver 2009 31

Figure 3- 1 : Plate-forme à ciseaux avec des roues en acier modélisée.

La figure 3-2 présente une illustration de l’élévateur à ciseaux d’un seul coté. Vu que les deux

cotés sont symétriques, les forces et les chargements sont divisés par deux. La force P

représente le poids du panier, et le chargement W représente la charge que doit lever l’appareil,

le vérin est représenté par la membrure 6.



Hiver 2009 32

Figure 3 - 2 : Vu de face de l'élévateur à ciseaux.

Le bilan des forces dans chaque membrure sera établi afin de déterminer les réactions dans

toutes les liaisons lorsque la plate-forme éteint sa hauteur maximale (12 pi par rapport au sol).



Hiver 2009 33

Le tableau 2 résume les bilans des forces et des moments dans chaque membrure :

Tableau 2: Résultat d'étude statique.

Les membrures Le bilan des forces et des moments

En isolant les éléments (2-3-4-5-6-7-8-9 ), les

réactions dans les points A et B ont été déterminé.

Le bi a

0

l n des forces suivant x est :

Le bilan des forces suivant y est :

32 78

2 0

e Le bilan d s moments au point A est :

46 32 78

65 1116 32

78 0

En isolant l’élément 9 :

Le bilan des forces suivant x est : 0

t : Le bilan des forces suivant y es

32 78

2 0

Le bilan des moments au point J est : 46 32 65 32 0

En isolant l’élément 7 : Le bilan d f r ees o c s suivant x est :

0

o e ivant y est : Le bilan des f rc s su

0

i e au point H: Le b lan d s moments

22 1132

110 8

23 7 1116 46 0



Hiver 2009 34


Le bi an desl forces suivant x est :

0

Le bilan des forces suivant y est :

0

Le b eilan mom nts au point G est :

22 1132

23 46 0


Le des f r ebilan o c s suivant x est :

0

suivant y est : Le bilan des forces

0

i t u oint D est : Le b lan momen s a p

23 22 1132

44 1116

46 0


Le bilan d s forcee s suivant x est :

0

or s suivant y est : Le bilan des f ce

0

i nts au point E est : Le b lan des mome

23 22 1132

44 1116 46 0



Hiver 2009 35


Le bilan des forces suivant x est :

0

or s suivant y est : Le bilan des f ce0

Le bilan des moments au point E est :

23 22 46 0


Le d forcebilan es s suivant x est :

0

ant y est : Le bilan des forces suiv

0

Le bilan des moments au point D est :

8 8

22 1132

23 46 0


Le bilan des forces suivant x est : 0

forces suivant y est : Le bilan des 0

u nt L est : Le bilan des moments a poi

62 1516

29 12

0

Les bilans des forces et des moments donnent 24 équations avec 24 inconnus.



Hiver 2009 36

Selon la loi CAN/CSA-B354.1-04, toutes les plates formes élévatrices de série sur une surface

de niveau doivent subir un essai de charge qui doit inclure le mouvement de la table portant une

charge uniformément répartie égale 1,5 fois la charge de travail nominale dans toutes les

positions de fonctionnement afin de vérifier l’intégrité de la plate-forme élévatrice.

Vu que la plate-forme à ciseaux étudiée doit avoir une capacité de levage d’une charge de

travail nominale de 500 livres, c'est-à-dire qu’elle doit être capable également de lever une

charge de 500 * 1,5 = 750 livres, Selon la loi CAN/CSA-B354.1-04 citée précédemment, donc

le chargement répartie sur la table devient : .

= 5.7 lb/po. Sans oublier le poids du

panier de la plate-forme qui vaut P = 530 livres.

Afin de résoudre ce système d’équation, un programme Matlab a été établi (Annexe A).

Le tableau 3 donne toutes les valeurs des réactions suivant les axes X et Y ainsi que la

résultante dans chaque liaison reliant les membrures de la plate-forme :

Tableau 3: Valeurs des réactions dans les liaisons.

Liaisons

Réact n ant x io suiv(lbf)

Ré ti t y ac on suivan(l f) b

Ré te sultan(lbf)

A 0 182.6 182.6 B 0 457.4 457.4 C 161.00 208.8 263.7 D 987.16 4 1096. 1475.3 E 161.00 26.2 163.12 F 7.4 267.6 267.7 G 168.4 293.8 338.64 H 994.6 828.8 1294.6 I 4 168. 751.2 769.8 J 0 182.6 182.6 K 0 457.4 457.4 L 26.16 8 1762.6 1946.6 M 826.16 1762.6 1946.6



Hiver 2009 37

Les résultats obtenus seront utiles pour le calcul des paramètres de circuit hydraulique la plate-

forme à l’aide de la force appliquée sur le vérin ainsi que pour l’analyse structurale.

3.1.1 Étude structurale :

L’étude structurale de la plate-forme à ciseaux doit se faire pour la plate-forme et pour ses éléments porteurs selon la norme CAN/CSA-B354.1-04.

Les éléments porteurs de la plate-forme

Figure 3- 3 : Sections simulées.



Hiver 2009 38

L’étude de résistance de matériaux est effectuée par la méthode des éléments finis à l’aide de

logiciel Ansys qui permet de simuler le comportement mécanique de la structure et ensuite

d’étudier la déformation de la plateforme élévatrice.

ANSYS est logiciel de simulation par la méthode des éléments finis. Il est utilisé par beaucoup

d’ingénieurs et concepteurs dans le monde et couvre plusieurs secteurs de la physique,

notamment la mécanique. C’était donc le logiciel idéal pour simuler les problématiques et avoir

des résultats très convaincants et fiables. Ce logiciel utilise pour le calcul des contraintes et les

facteurs de sécurité les équations suivantes :

• o train e éq i alente de Vo Mise : C n t u v n s

1√2

(3.1)

• ximale de cisaillement : Contrainte ma

2 (3.2)

• FS dû à la contrainte équivalente de Von Mises :

(3.3)

• dûFS au cisaillement maximal :

2 (3.4)

Avec :

, , .

é . é é

max , , , .

min , , , .



Hiver 2009 39

Lors de la simulation, il est possible d’évaluer les zones de contraintes élevées et ainsi,

modifier la structure pour optimiser son comportement et sa résistance. Il permet également de

réduire le coût de fabrication en éliminant la matière en excès.

Afin d’avoir une simulation qui s’approche de la solution réelle, un maillage plus fin à été

appliqué.

Pour simplifier la simulation, la plate-forme à ciseaux sera devisée en cinq parties (fig.3-3). Les

forces dans les réactions trouvées dans l’étude statique vont servir comme chargement sur

chaque partie de la plate-forme.

• Les porteurs de la plate-forme :

Selon la norme CAN/CSA-B354.1-04, section « 4.5 Coefficient de sécurité structurale » pour

les matériaux ductiles :

Tous les éléments porteurs de la plate-forme élévatrice fabriqués de matériaux ductiles doivent avoir un coefficient de sécurité au moins 2, basé sur la limite élastique minimale des matériaux utilisés.

Le tableau 4 résume les résultats obtenus lors de la simulation y compris la contrainte

équivalente de von Mises, la contrainte maximale du cisaillement, les facteurs de sécurités dues

à la contrainte équivalente de von Mises et la contrainte maximale du cisaillement pour chaque

partie. Tableau 4: Résultats d'étude structurale pour les trois sections.

Contrainte

équivalente de von Mises

(PSI)

FS due à la contrainte


Contrainte maximale

de cisaillement (PSI)


maximale de cisaillement

Base 10594.43 3.42 5372.923 3.37

Section 1 13934.5 3.65 7914.419 3.22

Section 2 7717.603 6.59 4101.522 6.2

Section 3 17362.47 2.93 9605.849 2.65



Hiver 2009 40

Les résultats obtenus de la simulation montrent que le facteur de sécurité de cette plate-forme

est de 2.65. Ce facteur de sécurité est supérieur à 2, cela est conforme à la norme CAN/CSA-

B354.1-04 dans la section « 4.5 Coefficient de sécurité structurale ».

La figure 3-4 montre le résultat de simulation de la section haut de la plate-forme ayant le plus

faible facteur de sécurité (FS = 2.65):

cc

Figure 3- 4: Simulation de la section haut de la plate-forme.

Pour voir les résultats de simulation des autres sections de la plate-forme à ciseaux, voir

l’Annexe B.

• La plate-forme :

Selon la norme CAN/CSA-B354.1-04, dans la section « 4.11 Tables » pour l’intégrité structurale :

Toutes les traverses supérieures ou intermédiaires ou les barrières verticales équivalentes

doivent pouvoir résister à une charge d’essai concentrée de 300 lbf appliquée dans n’importe

quelle direction sans atteindre la limite élastique du matériau.



Hiver 2009 41

La figure 3-4 montre les endroits où la force de 300 lbf a été appliquée selon la loi citée

précédemment:

Figure 3- 5 : Application de forces extérieures de 300 lbf dans plusieurs endroits.

Le tableau 5 résume les résultats obtenus lors de la simulation y compris la contrainte

équivalente de Von mises, la contrainte maximale du cisaillement, les facteurs de sécurités dues

à la contrainte équivalente de von Mises et à la contrainte maximale du cisaillement pour la

plate-forme. Tableau 5 : Résultats d'étude structurale de la plate-forme.

Contrainte


(PSI)



Contrainte maximale

de cisaillement (PSI)


maximale de cisaillement

Plate-forme 43675 1.16 24065 1.05

D’après le tableau, la plate-forme a un facteur de sécurité de 1.05, c'est-à-dire qu’elle résiste à

la charge d’essai concentrée de 300 lbf sans atteindre la limite élastique du matériau.



Hiver 2009 42

La figure 3-6 montre le résultat de simulation concernant le facteur de sécurité de la plate-

forme :

Figure 3- 6 : Simulation des traverses supérieures ou intermédiaires de la plate-forme.

Pour voir les résultats de simulation des contraintes selon von Mises et du cisaillement ainsi que

sa déformation, voir l’Annexe B.

3.1.2 Circuit hydraulique de la plateforme élévatrice à ciseaux: a. Circuit hydraulique :

La figure 3-7 illustre le circuit hydraulique utilisé pour lever ou descendre la plateforme à

ciseaux.



Hiver 2009 43

Figure 3- 7 : Circuit hydraulique en position neutre du système de levage de la plate-forme à ciseaux.

Cette figure montre deux vérins à double effet et à simple tige actionnés par l’intermédiaire

d’un distributeur à quatre orifices et à trois positions, à commande électrique par solénoïde des

deux cotés avec rappel par ressort à la position neutre. Ces deux vérins travaillent dans les deux

sens (en poussant et en tirant), c’est à dire que le fluide hydraulique est envoyé sous pression de

part et d’autre du piston en fonction du travail voulu (sortie-rentrée de tige).

Ils sont alimentés par une pompe hydraulique protégée par un limiteur de pression. Deux

clapets de retenue pilotés avec suppression possible par pilotage de la fermeture sont installées

avant les vérins du coté tête du vérin. Leur principale fonction est de bloquer l’entrée de la tige

lorsque le distributeur est à la position neutre. Des limiteurs de débit sont installées à l’entrée et

à la sortie des vérins pour de contrôler la vitesse de l’entrée et de la sortie de la tige, ainsi la

monté et la descente de l’élévateur à ciseaux.



Hiver 2009 44

b. Calcul théorique des paramètres hydrauliques du circuit :

Sachant que la moyenne de temps de levage et de descente des plates-formes à ciseaux levant

jusqu’à 12 pieds est de 0.8 pied/s (voir annexe E, plate-forme modèle 1532E), et en choisissant

le diamètre des pistons des vérins 3po, le diamètre de la tige 1.5po et la course du cylindre

32po, tous les paramètres hydrauliques et mécaniques peuvent être déterminés (calcul avec

programme Matlab – Annexe D).

Note : les deux vérins vont effectuer le même mouvement et à la même vitesse, alors les

paramètres calculés vont être similaires.

Débits et vitesses dans le circuit :

• u piston : L’aire effective de la base d

4 7,068 ² (3.1)

• ase de la tige : L’aire effective de la b

= 1,76 ² (3.2)

Distributeur en position à voies parallèles :

• a v e e e la tige : L itess d la sortie d

2,13 / (3.3)

• Débit à l’admission :

3,91 (3.4)

• ef Débit au r oulement :

2.93 (3.5)

Distributeur en position à voies croisées:

• La vitesse de l’entrée de la tige :



Hiver 2009 45

2,13 / (3.6)

• Débit à l’admission :

2,93 (3.7)

• ébi reD t au foulement :

3,91 (3.8)

Pressions et puissances :

À partir du catalogue des pompes hydrauliques (Annexe F), une pompe a été choisie, capable de

fournir le débit nécessaire aux deux vérins du circuit.

Vu que le circuit est composé de deux vérins, alors le débit à l’admission du vérin sera

multiplié par deux, ainsi le débit que doit fournir la pompe doit être plus que 2

7,82 .

La pompe choisie est du modèle «YC» caractérisé par:

Tableau 6: Caractéristiques de la pompe choisie.

Modèle No 116

Vitesse max. (R.P.M.) 3000

Déplacement par révolution 1,16

Volume (G.P.M.) @ 1800 R.P.M. 9,04

Pression d’opération max. (Psia) 2500

Entrée ¾ NPT

Sortie ½ NPT

Modèle d’arbre d’entrainement 3/4" chemin-clé 4114



Hiver 2009 46

D’après le tableau la pression d’opération de la pompe est de 2500 Psia. Le limiteur de pression

doit être réglé à une pression 25% plus grande que la pression d’opération, c.-à-d. une pression

3 s a p i e la pompe est donc de : de 125 P ia. L u ssance d

16,5 (3.9)

D’après les données du tableau, le reste des paramètres du vérin vont être déterminés :

Distributeur en position à voies parallèles :

• Pression à l’admission :

Puisque la pompe fournit 9,04 G.P.M, l’excèdent de 2 9,04 2 3,91

1.22 doit être évacué par le limiteur de pression, qui s’ouvre à une pression de 3125

Psia, cette pression est celle qui s’exerce sur la base du piston, donc :

3125

• Pression au refoulement :

Pour que l’équilibre des forces soit préservé, il faut qu’une contrepression s’exerce sur le coté

de la tige du vérin :

La force que doit fournir le vérin est est celle calculée dans l’étude statique: M = 1946.6

Livres.

/ =3794,55 (3.10)

• Puissance hydraulique :

2 14,268 (3.11)

• Puissance perdue :



Hiver 2009 47

2,232 (3.12)

Distributeur en position à voies croisés :

• Pression à l’admission :

Puisque la pompe fournit 9,04 G.P.M, l’excèdent de 2 9,04 2

2,93 3,18 doit être évacué par le limiteur de pression, qui s’ouvre à une pression de

3125 Psia, cette pression est celle qui s’exerce sur la base du piston, donc :

3125

• Pression au refoulement :

Pour que l’équilibre des forces soit préservé, il faut qu’une contrepression s’exerce sur le coté

de la tige du vérin :

/ =2622,17

(3.13)

• Puissance hydraulique :

2 10,68

(3.14)

• Pu ssanc Perdue :

5,82

i e

(3.15)

c. Comparaison des résultats théoriques avec les résultats de la simulation :

Une simulation du circuit hydraulique de la plateforme à ciseaux va être réalisée. Cette

simulation a pour objectif de tester le circuit hydraulique qui sera intégré dans la plate-forme



Hiver 2009 48

élévatrice avant de le concevoir en réalité à l’aide du logiciel Automation Studio. Ce logiciel est

utilisé pour concevoir et simuler des circuits hydrauliques, et de démontrer et valider les

concepts étudiés plus rapidement.

Le tableau 7 la simulation du circuit hydraulique de la plate-forme dans les deux positions

parallèles et croisés. Elle montre également la direction de l’huile dans le circuit. Les conduites

en couleur rouge montrent que la pression est élevée, tandis que celles en couleur bleu montrent

que la pression est moyenne.

Tableau 7: Simulation du circuit hydraulique de la plate-forme.

Voies parallèles Voies croisés

Afin d’évaluer les débits, les pressions ainsi que les puissances dans le circuit, des débitmètres,

des manomètres et des wattmètres ont été installés dans le circuit. Cela permet ainsi de

comparer les résultats de la simulation avec les résultats obtenus théoriquement.



Hiver 2009 49

Le tableau 8 montre une comparaison entre les résultats de la simulation et les résultats

théoriques :

Tableau 8 : Comparaison entre les résultats de la simulation et les résultats théoriques :

Résu ique ltats théor Résult lation ats de simu

Voi

es p

aral

lèle

s

3,91 3,72

2,93 2,77

3125 3079,55

37 94,55 3718,26

1 ,22 1,04

16,5 15,43

Voi

es c

rois

és

2,93 2,7

3,91 3,71

3125 3120,28

26 22,17 2340,39

3 ,18 3,17

16,5 15,64

D’après le tableau, les résultats obtenus lors de la simulation sont plus petits que les résultats

théoriques, cela est dû aux réglages effectués sur l’ouverture des limiteurs de débit installés à

l’entrée et à la sortie des vérins.

Pour conclure, la conception de cette plate-forme à ciseaux a respecté la plupart des normes

applicables sur ce type d’engin. Ainsi elle va être installée sur le véhicule Toyota Land Cruiser

à châssis articulé. Dans la prochaine section, le développement el le dimensionnement du

véhicule articulé avec la plate-forme seront effectués.



Hiver 2009 50

3.2. Dimensionnement et développement du véhicule articulé portant une plate-forme à ciseaux:

Un véhicule articulé portant une plate-forme élévatrice doit être conçu suivant des principes

d’ingénierie compatibles avec toutes les données disponibles concernant les paramètres

d’utilisation envisagée et les conditions environnementales prévues en tenant compte du fait

qu’elles assurent le transport du personnel.

Parmi ces principes d’ingénierie qui doivent être traités et étudiés, il y a l’étude structurale

(résistance des matériaux) et l’étude du circuit hydraulique de fonctionnement de l’articulation

ainsi que les dispositifs de sécurité de l’ensemble du véhicule.

La plate-forme à ciseaux sera installée sur le véhicule articulé. Elle sera posée sur un pivot

guidé par un circuit hydraulique, Ce dispositif va servir à la mise à niveau longitudinale de cet

engin pour une sécurité maximale. Les avantages d’installation de la plate-forme par un pivot

sont devenus évidents lors des travaux effectués sur une pente ascendante ou sur une pente

descendante dans les mines.

Ainsi, en raison du mauvais état (terrains accidentés) des galeries d’exploitation des mines, il

était nécessaire d’équiper le véhicule articulé portant la plate-forme par deux stabilisateurs

hydrauliques qui vont assurer le positionnement correct de la plate-forme, et permettre

également le réglage de son inclinaison latérale sur le terrain.

La mise à niveau du châssis, avec la variation de l’inclinaison latérale, est réalisé par

l’actionnement indépendant des deux stabilisateurs de chaque côté du véhicule. Le déploiement

et l’abaissement des stabilisateurs vont se faire par une commande hydraulique manuelle.

La figure 3-8 montre le véhicule Toyota Land Cruiser articulé portant la plate-forme à ciseaux

avec les différents accessoires de sécurité citée précédemment (pivot, stabilisateurs

hydrauliques).



Hiver 2009 51

Figure 3- 8: Véhicule articulé portant la plate-forme élévatrice équipée par des dispositifs de sécurité.

3.2.1. Étude structurale de l’articulation :

Afin de rendre le véhicule plus sécurisé, une analyse par élément finis a été réalisée à l’aide du

logiciel SolidWorks sur le châssis articulé. Cette analyse consiste à identifier les zones de

faiblesse de la conception initiale de l’articulation et les renforcer par la suite en augmentant les

épaisseurs des pièces ou en ajoutant d’autres pièces.

Pour déterminer les chargements qui seront appliquées sur le châssis articulée, une illustration

(fig.3-9) du véhicule portant une plate-forme à ciseaux en deux dimensions a été modélisée à

l’aide du logiciel SolidWorks.



Hiver 2009 52

Figure 3- 9 : Chargements et forces appliquées sur le véhicule articulé.

Selon les spécifications, le véhicule a un poids total de 2500 Kg. Le client a évalué le

chargement appliqué par la cabine sur le châssis de 4500 lbf, ce chargement représente le poids

de la cabine et le personnel.

Concernant le côté arrière du véhicule, les deux vérins supportant le pivot exercent une force

qui varie selon l’inclinaison de véhicule. En considérant les pires conditions, cette force a été

évaluée de 2500 lbf. Elle représente le poids total de la plate-forme à ciseaux (2000 lbf) plus la

charge nominale du travail (500 lbf).

Il reste à évaluer les réactions des roues. Pour cela une étude statique a été réalisée.

La figure 3-10 montre les chargements appliqués sur le châssis.



Hiver 2009 53

Figure 3- 10: Représentation des forces sur le châssis.

Les réactions A et B dans les roues sont :

Le bilan des forces suivant y est : (3.16)

2500 4500 7000 (3.17)

Le bilan des moments au point B est :

29.75 4500 125

(3.18)

2500 165 0 (3.19)

Donc (3.20)

1652500 29.75 4500 125

3860 (3.21)

7000 3860 3140 (3.22)

À l’aide des résultats de l’étude statique, et des évaluations des forces appliquées sur le châssis,

l’étude structurale a été faite. La figure 3-11 montre les illustrations des forces appliquées dans

le logiciel de simulation SolidWorks :

Figure 3- 11 : Illustration des forces appliquées dans le logiciel Solid Works.



Hiver 2009 54

Pour avoir plus de précision sur les résultats de la simulation, un maillage plus fin a été

appliqué sur le châssis. Les membrures du châssis ont été considéré rigides afin de voir la

déformation juste au niveau des pièces qui composent l’articulation.

La figure 3-12 montre le résultat final obtenu après plusieurs simulations sur les différents

changements effectués sur le châssis :

Figure 3-12: Simulation de l'articulation.

Le facteur de sécurité obtenu est de 3.65. Cela montre que l’articulation est assez sécuritaire, et

répond aux exigences du client.

Pour consulter les autres tracés (contrainte du au cisaillement maximale, la déformation… etc.),

voir l’annexe C.

Après cette étude, les détails du concept final de l’articulation présenté dans l’annexe I.



Hiver 2009 55

3.2.2. Étude structurale du pivot :

Il est utile de faire une étude sur la résistance du pivot afin d’assurer qu’il va supporter le poids

de la plate-forme. Cependant, une analyse par la méthode des éléments finis a été effectuée à

l’aide du logiciel Ansys pour identifier les zones de faiblesse de la structure et les corrigés pour

avoir plus de rigidité.

Plusieurs analyses ont été effectuées qui consistent à améliorer la structure du pivot en

modifiant les épaisseurs des pièces utilisés afin d’arriver à un facteur de sécurité qui respecte la

norme canadienne de la conception de la plate-forme qui exige un facteur de sécurité d’au

moins 2 sur ses éléments porteurs.

La figure 3-10 montre le résultat de la simulation finale du pivot qui donne un facteur de

sécurité de 2.3 :

Figure 3- 13 : Simulation du pivot.



Hiver 2009 56

3.2.3. Circuits hydrauliques – stabilisateurs et pivot -

Comme déjà mentionné auparavant, le véhicule articulé va porter sur la partie arrière de son

châssis la plate-forme élévatrice posée sur un pivot, Ce dernier sera guidé par un circuit

hydraulique, il sera muni aussi par deux stabilisateurs hydrauliques. Ces composantes

hydrauliques seront alimentées par la même pompe de la plate-forme à ciseaux.

La figure 3-13 résume le circuit final qui sera utilisé pour lever ou abaisser la plateforme à

ciseaux, le système de pivotement et les stabilisateurs ainsi que leur raccordement entre eux.

Figure 3- 14: Circuit hydraulique finale.

1 é . . é.

2 é3 4 é .



Hiver 2009 57

5 é

.

. 6 . 7 8 é . Les stabilisateurs et les vérins du pivot seront actionnés indépendant avec des valves manuelles

qui permet à l’opérateur de varier la vitesse de sortie de la tige des vérins, ainsi la vitesse

d’inclinaison et de stabilisation. Par contre le circuit hydraulique de la plate-forme élévatrice

sera actionné par une valve à commande électrique qui permet à l’opérateur d’ajuster la plate-

forme à la hauteur désirée.



Hiver 2009 58

CHAPITRE 5 : SANTÉ ET SÉCURITÉ – ÉTUDE DES COÛTS DE LA SOLUTION FINALE



Hiver 2009 59

Le présent chapitre commence par une présentation des aspects spécifiques à la protection au

travail : risques, normes et dispositifs de protection lors de la fabrication des concepts étudiés.

Suite par une estimation des coûts totaux des solutions retenues.

5.1. Santé et Sécurité

Accès Industriel utilise plusieurs techniques visant l’obtention des pièces nécessaires pour la

fabrication des concepts désirées, tels que les procédés de soudage, pliage et le coupage. La

plupart de ces opérations ne sont pas nécessairement risquées. Cependant, elles impliquent

certains procédés qui peuvent conduire à des accidents ou à des blessures personnelles si les

employés n’en tiennent pas compte. Ils doivent prendre certaines précautions pour se protéger,

eux et ses compagnons, ainsi que tout l’équipement mis à leur disposition.

On divise généralement les mesures de sécurité en deux groupes majeurs : la sécurité

personnelle et la sécurité de l’équipement. Dans ce chapitre, les deux types de règle de sécurité

ont été traités.

a. Mesures de prévention spécifiques pour la plate-forme élévatrice

Les plates-formes de travail élévatrices doivent être conformes aux normes qui suivent :

Plates-formes de travail élévatrice pour utilisation sur des surfaces non

compactées CAN3-B354.3-M82;

Plates-formes de travail élévatrices pour utilisation sur les surfaces asphaltées ou

constituées de dalles CAN3-B354.2-M82.

Chaque plate-forme doit afficher bien en évidence une plaque d’identification du

fabricant qui indique clairement la marque, le modèle, le numéro de série, le nom et

l’adresse du fabricant.

De plus, chaque poste de commande d’une plate-forme doit afficher bien en vue du

conducteur les indications concernant entre autres :

La charge nominale de l’appareil;

Le type d’appareil, à savoir pour quel genre de surface il convient;

La hauteur maximale;



Hiver 2009 60

La portée horizontale maximale;

La hauteur maximale de déplacement;

La capacité nominale de chaque agencement possible de la plate-forme en

position du service, à l’aide d’un tableau schématique ou d’une échelle de

mesure;

Toutes les informations nécessaires aux manœuvres de l’appareil avec une note

de renvoi au manuel d’instruction;

Les précautions et restrictions particulières notamment pour l’usage des

stabilisateurs;

Tous les symboles de dangers et les notions de sécurité.

Aucune modification ne doit être effectuée sans une attestation signée et scellée d’un

ingénieur indiquant que cette modification offre une sécurité équivalente à celle de

l’appareil à l’état neuf.

Des avis de danger doivent indiquer clairement les parties mobiles et articulées des

plates-formes.

b. Mesures de sécurité lors de la fabrication:

Pliage : L’employé doit :

surveiller la position des mains pour éviter le risque d’écrasement des doigts.

Être attentif à son travail.

S’assurer que personne ne se trouve à proximité du contrepoids (Danger) pour

éviter le risque d’un choc mécanique.

Soudage : Lorsque les employés commencent le soudage, il faut :

porter les vêtements de sécurité appropriés. Ces vêtements doivent être faits de

matière ignifuge en gros coton ou en cuir (gants résistants à la chaleur, des

lunettes de soudeur, des chaussures ou des bottes de sécurité)

Porter l’équipement de protection individuelle approprié Ne jamais laisser de la

graisse ou de l’huile en contact avec l’oxygène sous pression.



Hiver 2009 61

Avoir toujours les mains et les gants exempts d’huile ou de graisse. (L’huile et la

graisse brulent rapidement au contact de l’oxygène sous pression.)

Ne jamais utiliser d’équipement défectueux.

Vérifier s’il y a quelque matière inflammable dans le lieu de travail. Aucune ne

doit s’y trouver. Pour se protéger contre le feu.

Ne pas ouvrir rapidement une bouteille d’acétylène prés d’une flamme vive et

d’étincelles.

5.1. Estimation des coûts

Le prix de l’acier utilisé dans l’analyse du coût a été fourni par l’entreprise Accès Industriel

estimé par 0.65$/lb, et les prix des composantes hydrauliques utilisées sont obtenus à partir des

soumissions fournis par l’entreprise Géliko, le fournisseur des composantes hydrauliques

d’Accès Industriel (Annexe F). Pour les autres pièces mécaniques utilisées dans l’articulation,

les coûts ont été estimés à partir des catalogues disponibles dans les sites web.

a. Estimation du coût total de la plate-forme élévatrice à ciseaux :

Le tableau suivant présente les pièces, leur poids, la quantité des composantes du circuit

hydraulique et leur coût total de la fabrication de la plate-forme élévatrice à ciseaux.

Les coûts unitaires des composantes du circuit hydraulique ont été obtenus suite à la demande

de soumissions des fournisseurs d’accès Industriel. Tableau 9 : Estimation des coûts de fabrication des pièces de la plate-forme élévatrice.

Matériels Poids totale total

Tubes rectangulaires 419.52 273 $

Tiges 107.42 70 $

Tubes circulaires 96.64 61 $

Glissières 84.6 55 $

Supports 17 11 $

Rotules 168 110 $

plaques pliés de la plate-forme 490 319 $



Hiver 2009 62

la base 132 86 $

Roues en acier 36.9 24 $ Tableau 10 : Estimation des coûts des composantes hydraulique de la plate-forme à ciseaux.

Composantes hydrauliques Quantité requise Total

Vérins de 32 po du cylindre 2 700.68 $

Distributeur (valve électrique) 1 174.64 $

Unité de puissance (Pompe, Réservoir,

Limiteur de pression)

- 508 $

Clapet de retenue piloté 2 194.64 $

Limiteur de débit 4 196.76 $

Temps totale de la fabrication : 100 h -

Coût de M.O : 19 $/h 1900 $

Sous totale 4685 $

Imprévu (30 % budget initial) 1405 $

Total 6090 $

b. Estimation du coût total de l’articulation :

Le tableau suivant présente les pièces, leur poids, la quantité des composantes du circuit

hydraulique et leur coût total de la fabrication de l’articulation.

Les coûts unitaires des composantes du circuit hydraulique ont été obtenus suite à la demande

de soumissions des fournisseurs d’accès Industriel. Tableau 11 : Estimation des coûts de fabrication des pièces de l’articulation.

Matériels Prix unitaire total

Pièces usinés de l’articulation 60 $/h 805 $

6 roulements 70 $ /chaq. 473 $

Plaques pliées ¾ ép. 0.65 $ /lb 242 $



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Plaques pliées 3/8 ép. 0.65 $/lb 105 $

Écrous 5 $ 17 $

Pièces diverses - 50 $

3 Arbre de transmission –driveshaft- 200 $/chaq. 675 $

2 Slip yoke 300 $/chaq. 675 $

5 joints 21 $/chaq. 119 $

3 supports l’arbre de transmission 166 $/chaq. 561 $

Tableau 12 : Estimation des coûts des composantes hydraulique de l’articulation.

Composantes hydrauliques Quantité requise Total

Vérins 2 563 $

Distributeur 1 175 $

Unité de puissance (Pompe, Réservoir,

Limiteur de pression)

- 508 $

Clapet de retenue piloté 2 195 $

Limiteur de débit 4 197 $

Temps totale de la fabrication : 100 h -

Coût de M.O : 19 $/h 1900 $

Sous totale 7260$

Imprévu (30 % budget initial) 2178 $

Total 9438 $

Le coût de fabrication de l’articulation estimée par 9438 $ et ce qui est de la plate-forme estimé

par 6090 $. Ces estimations sont basées sur une étude des coûts arrondie à la hausse. Il est fort

probable que le prix réel soit révisé à la baisse si une éventuelle étude rigoureuse est effectuée.



Hiver 2009 64

Pour plus d’informations sur les prix des composantes hydrauliques et les roulements, des

soumissions des prix sont disponibles en annexe H.



Hiver 2009 65

CONCLUSION

Ce projet avait comme mandat de modifier un véhicule Toyota Land Cruiser conçu

spécialement pour les mines, en ajoutant un mécanisme d’articulation de son châssis pour

faciliter sa circulation. Ce châssis articulé va porter sur sa partie arrière un autre mécanisme de

levage, il s’agit d’une plate-forme élévatrice à ciseaux.

Pour se faire, une recherche sur les modèles existants des véhicules articulés et des plates-

formes a été effectuée afin de s’inspirer pour modéliser des nouveaux concepts. Ces derniers

qui vont être présenté sous forme de deux solutions pour l’articulation et deux autres pour la

plate-forme élévatrice à ciseaux.

Finalement une solution pour chaque mécanisme a été choisie par le client suite à ses avantages

et sa facilité de la fabriquer. Elles s’agissaient d’une articulation avec un arbre de transmission

guidé et articulé et une plate-forme avec des roues en acier. Une étude approfondie sur les deux

solutions a été réalisée afin de les développer et les dimensionner, suivie par une analyse de

coût pour l’ensemble de la solution finale.

Ce projet a été une expérience très enrichissante non seulement sur le plan personnel mais aussi

sur le plan technique qui a permis de découvrir des méthodes utilisées en pratique.

En outre, l’accomplissement de ce travail a été une occasion pour améliorer des connaissances

techniques dans le domaine hydraulique, des résistances de matériau, et l’utilisation de certains

logiciels industriels tels qu’Automation Studio, SolidWorks et Ansys.



Hiver 2009 66

RECOMMANDATIONS : Après l’étude approfondie effectuée pour résoudre les problématiques citées précédemment qui

consiste en conception des modifications du véhicule TOYOTA LAND CRUISER, pour

l’entreprise Accès Industriel, les recommandations suivantes ont été élaborées :

• Faire une étude de flambement sur la structure de la plate-forme à ciseaux : cette étude

sera nécessaire selon la norme CAN/CSA-B354.1-04, pour compléter l’ensemble des

études qui doivent être appliquées sur la plate-forme afin de la certifier.

• Optimiser le circuit hydraulique final du système de levage, stabilisateurs et du pivot :

cette optimisation consiste à introduire des nouvelles composantes hydrauliques plus

modernes, éliminer la répétition des composantes et modifier les raccordements.

• Étudier le circuit hydraulique de l’articulation qui va être intégrée dans le système de

direction du véhicule.



Hiver 2009 67

RÉFÉRENCES ET BIBLIOGRAPHIES Ouvrage :

1. Réjean Labonville, Conception des circuits hydrauliques, Éditions de l’école

Polytechnique de Montréal.

2. BAZERGUI André, THANG Bui-Quoc, Biron André, Georges Mclntyre, Charles

Laberge, Résistance des matériaux, troisième édition, école polytechnique de Montréal.

3. NORME NATIONALE DE CANADA des plates-formes de travail élévatrice

(approuvée en février 2003), fournis par Accès Industriel.

4. BEDFORD FOWLER, EUGENE L. DAVIS, Statics Engineering Mechanics,

INSTRUCTOR’S SOLUTIONS MANUAL.

5. Cours Santé et sécurité générale sur les chantiers de construction, Association paritaire

pour la santé et la sécurité du travail du secteur de la construction, cinquième édition.

Sites Web :

6. http://www.acces-industriel.ca/

7. http://www.industriecommerce.com/entreprises.php?id_parution=81&id_entreprise=42

007&page=10

8. http://fr.wikipedia.org/wiki/Crit%C3%A8re_de_plasticit%C3%A9#Crit.C3.A8re_de_vo

n_Mises

9. http://en.wikipedia.org/wiki/Power_steering

10. www.filtercouncil.org/uploads///docs/TSB/French/96-1F.pdf

11. http://en.wikipedia.org/wiki/Toyota_Land_Cruiser

12. http://rds.lespac.com/detail/outils-materiaux/Equipements-

professionnels/tout/rouville/marieville/8509953/plate-forme-a-ciseaux--up-right-tiger-

24.html

13. www.rema.nl/catalogus/rema_cat_fr_1562.pdf

14. www.kiloutou.fr/filer/Upload/Materiel/Fiche_conseil/cam20m.pdf

http://www.acces-industriel.ca/

http://www.industriecommerce.com/entreprises.php?id_parution=81&id_entreprise=42007&page=10

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http://fr.wikipedia.org/wiki/Crit%C3%A8re_de_plasticit%C3%A9#Crit.C3.A8re_de_von_Mises

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http://en.wikipedia.org/wiki/Toyota_Land_Cruiser

http://rds.lespac.com/detail/outils-materiaux/Equipements-professionnels/tout/rouville/marieville/8509953/plate-forme-a-ciseaux--up-right-tiger-24.html



http://www.rema.nl/catalogus/rema_cat_fr_1562.pdf

http://www.kiloutou.fr/filer/Upload/Materiel/Fiche_conseil/cam20m.pdf



Hiver 2009 68

Annexe A : Programme Matlab pour le calcul statique



Hiver 2009 69

clear all clc x = input('Entrez la valeur du poids de panier: '); P = x/2; y = input('Entrez la valeur de la charge que doit lever la plateforme: '); W = y/(2*65.6875); Y = solve('ay+b-P-W*65.6875 = 0','b*46-P*32.875-W*65.6875*32.875=0','jy+k-P-W*65.6875=0','k*46-P*32.875-W*65.6875*32.875=0','ay','b','jy','k'); Ay = eval(Y.ay) B = eval(Y.b) Jy = eval(Y.jy) K = eval(Y.k) X = solve('iy+hy+my-Jy=0','ix*22.34375+mx*10.125+iy*23+my*7.6875-Jy*46=0','hx+fx-dx=0','dy+fy-hy=0','fy*23-fx*22.34375-hx*44.6875-hy*46=0','dx-lx+cx=0','dy+ly-cy-B=0','ly*8.8125+lx*8.125-cx*22.34375-cy*23-B*46=0','lx-mx=0','ly-my=0','mx*62.9375-my*29.5=0','gx-ix=0','ex-fx-gx=0','ey-gy-fy=0','fx*22.34375+fy*23+gx*44.6875+gy*46=0','cx+ex=0','cy+ey-Ay=0','cy*23-cx*22.34375-Ay*46=0','cx','cy','dx','dy','ex','ey','fx','fy','gx','gy','hx','hy','ix','iy','lx','ly','mx','my'); % Les réactions suivant x et y: Cx = eval(X.cx) Cy = eval(X.cy) Ix = eval(X.ix) Iy = eval(X.iy) Fx = eval(X.fx) Fy = eval(X.fy) Mx = eval(X.mx) My = eval(X.my) Hx = eval(X.hx) Hy = eval(X.hy) Dx = eval(X.dx) Dy = eval(X.dy) Gx = eval(X.gx) Gy = eval(X.gy) Lx = eval(X.lx) Ly = eval(X.ly) Ex = eval(X.ex) Ey = eval(X.ey) % La force résultante dans chaque liaison: M = sqrt(Mx^2+My^2) L = sqrt(Lx^2+Ly^2) G = sqrt(Gx^2+Gy^2) I = sqrt(Ix^2+Iy^2) F = sqrt(Fx^2+Fy^2) H = sqrt(Hx^2+Hy^2) D = sqrt(Dx^2+Dy^2) E = sqrt(Ex^2+Ey^2) C = sqrt(Cx^2+Cy^2)



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Annexe B : Résultats de simulation de la plate-forme

élévatrice à ciseaux sur Ansys



Hiver 2009 71

La base :



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Hiver 2009 73

Section 1 (en bas)



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Hiver 2009 75



Hiver 2009 76

Section 2 (au milieu) :



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Hiver 2009 78

Section 3 (en haut)



Hiver 2009 79



Hiver 2009 80



Hiver 2009 81

La plate-forme :



Hiver 2009 82



Hiver 2009 83



Hiver 2009 84

Annexe C : Résultats de la simulation de l’articulation

sur Ansys



Hiver 2009 85



Hiver 2009 86



Hiver 2009 87



Hiver 2009 88

Annexe D : Programme Matlab pour le calcul des

paramètres du circuit hydraulique



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Clc % Programme du circuit hydraulique % % % données supplémentaires: F = input( 'Entrez la force de poussé du vérin: '); Dp = input( 'Entrez le diamétre du piston: '); Dt = input( 'Entrez le diamétre de la tige du vérin: '); d = input( 'Entrez la course du cylindre: '); tl = input( 'Entrez le temps de levage: '); td = input( 'Entrez le temps de descendre: '); L = input ('Entrez la longueur de la levage du plateforme: ') % Distributeur en position à vois parallèles : % % L’aire effective de la base du piston : Ap = pi * (Dp^2)/ 4 % % L’aire effective de la base de la tige : At = pi * (Dt^2) / 4 % % vitesse de la sortie de la tige: v01 = d / tl % % Débit à l’admission : Qiv = Ap*v01 % % Débit du refoulement : Qov = (Ap-At) * v01 % Distributeur en position à vois croisées : % % vitesse de la descente du vérin: v02 = d / td % % Débit à l’admission : Qiv = (Ap-At)*v02 % % Débit du refoulement : Qov = Ap * v02



Hiver 2009 90

Annexe E :JLG scissor


91KROUMIL Zineb

EL OUAFI Abderrahim Hiver 2009



Hiver 2009 92

Annexe F:Pompe hydraulique choisie – CHV

HYDRAULIQUE.



Hiver 2009 93



Hiver 2009 94

Annexe H : Soumissions fournis par GÉLIKO.



Hiver 2009 95



Hiver 2009 96



Hiver 2009 97

Annexe I : Dessin détaillé de l’articulation.



Hiver 2009 98

Annexe H : Dessin détaillé de la plate-forme à ciseaux.

module des sciences appliquÉes - …bibliotheque.uqat.ca/documents/rapportsa/29.pdf ·...

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