L'équipe de solutions d'ingénierie Maplesoft aide FLSmidth à développer des équipements d'exploitation minière révolutionnaires

Défi
FLSmidth voulait développer une machine très complexe susceptible de révolutionner l’exploitation minière en réduisant les coûts liés au carburant, à l’entretien du véhicule et à l’infrastructure.

Solution
FLSmidth a collaboré avec l’équipe des Solutions d’Ingénierie Maplesoft pour créer un modèle multi-domaine extrêmement fidèle de la machine et identifier les éventuels problèmes liés à la conception du système avant de procéder à la mise en production.

Résultat
En collaborant avec Maplesoft, FLSmidth a conçu un modèle entièrement fonctionnel de calibreuse mobile à double benne (DTMS, pour Dual Truck Mobile Sizer en anglais). La connaissance des problèmes potentiels à un stade précoce de la conception a permis au projet de rester sur la bonne voie. Ainsi, la DTMS fonctionnera correctement du premier coup, faisant économiser à l’entreprise des millions de dollars en coûts à la fois de production et de reconception.

Dans l'industrie minière, les usines de transformation sont généralement construites sur le site d'extraction. Le minerai extrait est transporté par des camions de fort tonnage à l'usine où il est broyé en plus petits morceaux avant d'être empilé ou transporté hors site pour transformation ultérieure. Outre le minerai, la mine déplace en général quatre fois de surchage/terrain-mort. Les grandes mines doivent habituellement évacuer 700 000 tonnes de matériau par jour. Plus la mine est conséquente, plus les camions parcourent de longues distances pour déposer leur chargement. Conséquence : des coûts de carburant et d'entretien des véhicules qui s'envolent.

Pour remédier à ce problème, FLSmidth a fait appel aux services de l'équipe de Solutions d'Ingénierie Maplesoft afin de développer des outils de conception et d'analyse susceptibles de les aider à concevoir une calibreuse mobile à double benne (DTMS, pour Dual Truck Mobile Sizer en anglais), une machine novatrice pouvant être relocalisée tout au long du projet, à mesure que s'allongent les distances de transport.

La DTMS augmente l'efficacité du concassage sur site en raison de sa configuration à double benne. Un engin recule sur une benne jusqu'à un dispositif de retenue implanté dans le sol. Après avoir déversé son chargement au fond de la benne, il avance lentement, puis abaisse sa plate-forme et s'éloigne. Une fois l'engin dégagé de l'extrémité de la benne, cette dernière peut être relevée. A mesure que la benne s'élève, il déverse le matériau provenant de la décharge de la benne et le dépose dans la trémie du transporteur à tablier métallique. Au fur et à mesure de son introduction sur le transporteur, le matériau est dirigé vers la calibreuse où il est broyé à la taille appropriée. Une fois broyé, le matériau est déposé sur le convoyeur de décharge, où il est acheminé vers un transporteur à gradins. Tandis que se déroule ce processus, un autre engin dépose des matériaux dans la benne jumelle, avec pour effet d'augmenter le nombre de rotations des engins.

Afin de créer des outils susceptibles d'aider FLSmidth à concevoir cet appareil innovant, l'équipe Maplesoft a dû acquérir une connaissance approfondie de la dynamique du système de benne. Elle a commencé à utiliser MapleSim, la plate-forme avancée de modélisation et simulation, pour développer un modèle entièrement paramétré de la benne. Tirant profit des capacités de modélisation multi-domaines de MapleSim, elle a pu créer un modèle extrêmement fidèle de la benne, de sa structure géométrique et son fonctionnement mécanique à ses circuits et commandes hydrauliques. « La DTMS est un très gros engin complexe » explique Willem Fourie, Responsable Gamme de la gamme de produits mondiale – Stations calibreuses mobiles, de FLSmidth. « La possibilité de modéliser à l'aide de MapleSim tous les aspects de son fonctionnement au cours de la phase de conception nous a confortés dans l'idée que le produit final fonctionnerait correctement du premier coup. Vous n'imaginez pas ce que cela représente pour nous ».

Modèle 3D de la benne, et modèle 2D correspondant avec la commande hydraulique

L'approche de modélisation de MapleSim répond non seulement aux exigences essentielles de la simulation dynamique multi-domaines mais, grâce à l'accès continu aux équations symboliques sous-jacentes, elle permet aussi à l'utilisateur de créer rapidement des outils de conception ciblés à l'aide du moteur de calcul symbolique hautes performances de Maple.

La création du modèle de benne s'est accompagnée du développement de multiples outils de conception visant à adapter le modèle dans le but d'aboutir au comportement souhaité. L'un de ces outils est celui de l'Evaluation géométrique de la conception, qui donne la possibilité d'évaluer les modifications dimensions de la conception de la benne et leur incidence sur la dynamique du système. Cet outil utilise Maple – l'outil de calcul symbolique de Maplesoft – pour réaliser un balayage des paramètres par l'exécution simultanée de simulations à l'aide des différentes valeurs de paramètres fournies. Maple présente ensuite les résultats superposés sur une seule et même fenêtre de tracé pour faciliter la comparaison et l'évaluation. Parmi les autres outils développés, figurent des outils destinés au dimensionnement de l'hydraulique et des composants, à la conception des types de mouvements, à l'examen des sollicitations dynamiques des paliers et à l'estimation de la charge des flux de matériau.

Dans le cadre du développement et des essais du modèle de benne, l'équipe technique de Maplesoft a également évalué le design, de façon à identifier les sources de vibrations et leurs effets. Elle a alors développé une approche pour réaliser une analyse de stabilité, rendue possible par le fait que le modèle de benne donnait accès aux caractéristiques géométriques clés et aux propriétés dynamiques de la conception. L'approche pour l'analyse de stabilité a été démontrée à l'aide d'une étude de cas dans lequel différait l'emplacement du capteur de rétroaction. L'analyse a identifié un problème potentiel pendant la phase initiale de design, permettant ainsi aux ingénieurs de FLSmidth d'élaborer une conception plus robuste.

« L'analyse de stabilité effectuée par l'équipe Maplesoft s'est avérée très pertinente », confie Willem Fourie. « La connaissance précoce d'un problème potentiel nous a permis de réaliser la conception en tenant compte de cette difficulté, au lieu de devoir faire machine arrière et de la modifier à un stade ultérieur. Nous avons ainsi pu maintenir notre projet sur les rails et économiser par la suite des millions de dollars ». L'approche de conception par analyse de stabilité et tous les autres outils d'analyse développés par Maplesoft ont été offerts à FLSmidth, qui pourra par conséquent s'en servir pour ses futurs projets.

Une fois terminés la modélisation et les tests du système de benne, Maplesoft s'est attaché au cours des phases suivantes du projet à développer le modèle de châssis puis, finalement, la DTMS complète. De nombreux autres outils de conception ont été créés, permettant d'évaluer la souplesse des articulations et les variations du centre de gravité au moment de la montée et de la descente de la benne. Le sol a même été modélisé pour examiner le déplacement vertical du système sur différents types de terrains.

Modèle complet de la DTMS, avec son support et les interactions avec le sol

« Du début à la fin, Maplesoft a assuré un service professionnel et compétent », conclut Willem Fourie. « Leur équipe a travaillé sans relâche pour s'adapter à notre planning, et la puissance de l'ensemble des outils Maplesoft est sans égale. Le niveau de détail technique et la quantité de renseignements que nous avons obtenus nous ont permis de révolutionner le concassage sur site grâce au développement de la DTMS. Nous n'y serions jamais arrivés sans les services de l'équipe de Solutions d'Ingénierie Maplesoft ».