Rapport de dimensionnement¶

Figure 1: Vue CAO du STRIP-CUT

Dimensionnement énergétique du STRIP-CUT

CANDELOT Victor, DELORME Martin, GEORGES Maxime, NUYTTEN Quentin, PANNETIER Paul

Promotion AENT 161
Rapport de projet d’année
Enseignant référent : Simon RITZ
Date : Décembre 2021

Introduction, état des lieux, démarche suivie¶

Après avoir réalisé notre machine en prototype avec un seul élément nous nous sommes posé la question du dimensionnement de plusieurs éléments pour réaliser une machine complète et fonctionnelle. Pour réaliser ce dimensionnement nous avons étudiés 3 types d’énergie utilisés pour alimenter des outils dans le domaine agricole qui sont l’hydraulique, l’électrique et la mécanique.
Nous avons réalisé tout d’abord, à l’aide de nos connaissances dans les domaines et des ressources bibliographique un état de l’art rapide de chaque énergie avec les avantages et inconvénients de chaque énergie pour notre outil.
Le détail est fourni dans le tableau ci-dessous :

Tableau 1: Tableau état de l'art initial

1. Dimensionnement hydraulique¶

Concernant le dimensionnement hydraulique, sur le prototype du STRIP-CUT nous avons opter pour l’hydraulique, nous avons donc eu un premier retour avec nos essais aux champs, sur le moteur utilisé et le débit nécessaire. Pour le dimensionnement de cette étude, nous avons donc opter pour un moteur hydraulique de plus petite cylindrée, nous sommes passés d’une cylindrée de 50 cm3 à 25 cm3. Ce changement de cylindrée nous permet d’avoir un moteur qui tourne plus vite, on passe de 1200 tr.min-1 à 1600 tr.min-1. Ce qui permettrait de couper la végétation plus facilement. Concernant le couple du nouveau moteur, il est diminué, en effet, il passe de 9,4 daNm à 3,3 daNm, mais le couple n’est pas un facteur limitant pour notre machine (Socah Hydraulique, 2021).

Tableau 2: Caractéristique du moteur hydraulique

Figure 2: Caractéristique des moteurs MP (source : SOCAH Hydraulique)

• Prix unitaire estimé du moteur avec les raccords hydrauliques : 900 €
• Prix unitaire estimé de la centrale hydraulique : 4 000 €

Tableau 3: Calcul du dimensionnement et du coût de la transmission hydraulique

La version surlignée en jaune correspond aux machines techniquement faisables.

La limite de débit des centrales hydrauliques agricole est d’environ 100 L.min-1 et sur un tracteur d’environ 150 chevaux, on arrive à des pompes hydrauliques d’un débit d’environ 150 L.min-1.
La limite de l’entraînement hydraulique va être le débit d’huile disponible pour entraîner la machine, on pourra utiliser environ 4 moteurs hydrauliques donc la seule combinaison possible serait avec un moteur pour 2 éléments pour une version en 3 m à 50 cm d’écartement avec 4 moteurs de 25 cm3 à entraîner.
Le dimensionnement en hydraulique est donc compliqué à partir du moment où on multiplie les moteurs.

2. Dimensionnement électrique¶

Concernant le dimensionnement en électrique, le moteur électrique, nous avons fait le choix d’un moteur avec des caractéristiques similaire au moteur hydraulique pour avoir une comparaison possible entre les deux moteurs. Pour calculer la puissance électrique nécessaire à la génératrice, et que nous sommes avec des équipements inductifs qui nécessitent l’entraînement d’un moteur la formule de calcul est la suivante (Ooreka, 2021) :

Puissance totale cumulée en kW × 3 = puissance du groupe électrogène en kVA

Tableau 4: Caractéristique du moteur électrique

• Prix unitaire estimé du moteur avec raccord électrique : 550 €
• Prix unitaire estimé de la centrale électrique : 8 000 €

Tableau 5: Calcul du dimensionnement et du coût de la transmission électrique

La version surlignée en jaune correspond aux machines techniquement faisables.

Le dimensionnement électrique parait une bonne alternative à l'hydraulique en effet en ajoutant une centrale électrique sur la machine, on peut entraîner jusqu’à 8 moteurs avec une centrale électrique agricole de 90 kVA (Global Tools, 2021). Le montage électrique permet de garder le bon suivi du sol de la machine, et le fait que chaque élément soit indépendant. Le prix des moteurs électriques est moins cher que les moteurs hydrauliques cependant la centrale coûte plus cher, ce qui augmente à modèle équivalent le coût de la machine.

3. Dimensionnement mécanique¶

Concernant le dimensionnement mécanique de la machine, la prise d’énergie se ferait directement sur le tracteur via la prise de force grâce à des manchons, des cardans et des renvois d’angle. Selon le schéma ci-dessous. Ce schéma est pour un exemple d’une version à 7 éléments (Agrizone, 2021).

Figure 3: schéma de la cinématique d'entrainement mécanique de la machine

Légende du schéma :
E : Elément
T : Renvoie d’angle en T
L : Renvoie d’angle en L
MA : Manchon
CAR : Cardan

A partir de ce schéma, on peut calculer le nombre de pièces qu’il faut et en déduire une approximation du coût de la machine, qui est donné dans le tableau ci-dessous.

Tableau 6 : Tableau des formules de calcul des différents composants mécanique

Tableau 7 : Calcul du dimensionnement et du coût de la transmission mécanique

En calculant le dimensionnement mécanique de la machine, on voit que c’est la transmission la moins coûteuse en revanche, il est compliqué de réussir à garder la modularité entre les inter-rangs différents lorsque la transmission est mécanique, cela demande des manipulations importantes. Le suivi du sol reste possible avec un entraînement indépendant de chaque élément qui permet le suivi du sol dans la limite du degré de liberté du cardan. La solution mécanique est la moins coûteuse des trois énergies.

Conclusion¶

Pour conclure au vu des trois énergies disponibles, on voit que l’hydraulique est compliqué à mettre en place avec des centrales bien souvent insuffisantes en débit hydraulique. Au niveau de l’énergie électrique, on remarque que c’est techniquement faisable, mais l’on reste limité dans le nombre de moteurs l’avantage est de pouvoir garder la modularité d’inter-rang et le suivie du sol.
Concernant le dimensionnement mécanique, c’est le dimensionnement qui permet de pouvoir multiplier au mieux les éléments, cependant la modularité d’inter-rang semble plus compliquer à mettre en place, mais avec le schéma de cinématique imaginer le dimensionnement mécanique devrait permettre de garder le suivi du sol dans la limite du degré de liberté angulaire du cardan.

Liste des références bibliographiques¶

AGRIZONE. 2021. Renvoi d’angle Bondioli & Pavesi S1018100F202 Adaptable In Agrizone - des économies sur vos pièces agricoles [en ligne]. Date de consultation : 08/12/2021. Disponible sur : <https://www.agrizone.net/hydraulique-transmission-entrainement/boitier-entrainement/boitier-renvoi-angle/renvoi-angle-bondioli-pavesi-s1018100f202-adaptable.AGZ000482014>

GLOBAL TOOLS. 2021. Génératrice agricole 90 kVA 4 pôles WORMS-ROBIN Alternateur agricole 90 4P AVR [en ligne]. Date de consultation : 08/12/2021. Disponible sur : <https://www.gt-outillage.com/generatrice-agricole-90-kva-4-poles-worms-robin.htm>

OOREKA. 2021. Puissance groupe électrogène - Ooreka In Ooreka.fr [en ligne]. Date de consultation : 08/12/2021. Disponible sur :

SOCAH HYDRAULIQUE. 2021. Socah Hydraulique - MOTEUR ORBITAL TYPE MP 25 CU [en ligne]. Date de consultation : 08/12/2021. Disponible sur : <https://extranet.socah-hydraulique.fr/p/moteur-orbital-type-mp-25-cu>