Etude de cas d’utilisateur :
Conception orientée modèle d’un équipement d’exploitation minière à grande échelle à l’aide de MapleSim et Maple

FLSmidth, un fournisseur majeur d’équipements d’exploitation minière à grand échelle, s’est adressé à l’équipe des Solutions d’Ingénierie Maplesoft pour la fourniture d’une plateforme d’examen du comportement dynamique d’un gerbeur élévateur radial, une machine complexe utilisée pour la manutention dans les mines.

Le gerbeur élévateur radial est une structure extensible qui se déplace sur un système constitué de deux chenilles, l’une fixe fournissant le centre de rotation et l’autre commandée par l’opérateur en cabine. Le système d’acheminement de la structure emporte les surplus/résidus d’exploitation minière, sur la zone de stockage.

En raison de son bras long, de ses multiples points pour son centre de gravité et d’une chenille mobile qui traverse un terrain accidenté, la stabilité et la répartition de poids constituent des considérations primordiales de la conception du dispositif. Les ingénieurs de FLSmidth avaient par conséquent besoin d’un modèle multi-domaine dynamique, pouvant être utilisé comme plateforme d’évaluation, sur la stabilité du gerbeur élévateur radial et l’étude de la réponse dynamique sous diverses conditions : comportement de l’opérateur, répartition de la charge et inégalités du sol.

Figure 1 - Le gerbeur élévateur radial

L’équipe des Solutions d’Ingénierie Maplesoft a développé un modèle de gerbeur élévateur radial à l’aide de MapleSim. Le modèle MapleSim se compose du châssis principal, de l’armature extensible, des chenilles mobile et passive, des suspensions, du châssis de levage, de l’hydraulique de mise à niveau et des masses des assemblages externes fixés sur le châssis principal.

Le châssis principal a été modélisé en reprenant les dimensions et attributs de la conception CAO d’un gerbeur élévateur radial de référence en service sur le site d’un client. Différents ensembles sont fixés au châssis, dont notamment la cabine, le générateur, la courroie et la trémie. L’emplacement et la masse de chaque ensemble du modèle sont paramétrés et modifiables, d’autres ensembles pouvant être ajoutés le cas échéant. Certains ensembles sont excentrés ; ils affectent le centre de gravité du châssis principal et, par conséquent, la stabilité du système tout entier. L’armature extensible, qui s’allonge et se rétracte selon une valeur définie par l’utilisateur, constitue un facteur supplémentaire influant sur la dynamique du système.

Parmi les autres systèmes du modèle MapleSim, figurent le châssis de levage, le support accueillant les vérins hydrauliques de mise à niveau de la structure et un rouleau dans le sens longitudinal reliant la piste et le support au châssis principal. Le modèle incarne les mouvements du châssis principal et de l’armature extensible, le comportement des vérins de levage, la commande du système hydraulique et le déplacement sur le terrain.

Figure 2 - Modèle MapleSim de gerbeur élévateur radial

Le modèle multi-domaine au niveau système de gerbeur élévateur radial, conjointement créé avec MapleSim et Maple, procure aux ingénieurs de FLSmidth un environnement virtuel pour appliquer de multiples approches d’évaluation de la réponse dynamique du système. Ils peuvent examiner la charge maximale sur des pièces comme les rouleaux et étudier le balancement maximal de la structure sous l’effet d’une forte accélération ou décélération, comme en cas de manœuvre d’arrêt d’urgence.

Le modèle peut être utilisé également pour étudier la qualité du terrain traversé par le système, afin de déterminer l’amplitude maximale des creux et des bosses sur lesquels il pourra se mouvoir en toute sécurité sans basculer, et d’analyser les paramètres de conception affectant la stabilité du support, comme le diamètre, la course, la commande de gain et la zone morte des vérins. La dynamique du système hydraulique peut aussi être étudiée, tout comme la répartition de poids sur le système, de façon à déterminer les paramètres affectant la stabilité de la structure.

Les ingénieurs de FLSmidth ont également la possibilité d’effectuer de nombreux types d’analyses complémentaires. Ils peuvent par exemple utiliser Maple afin de développer un outil de conception pour évaluer la charge du sous-système sur le gerbeur élévateur radial, aux fins soit de validation des mises en œuvre existantes, soit de dimensionnement des pièces d’une nouvelle conception. Ils peuvent encore, pour un profil de terrain donné, créer un outil d’analyse pour déterminer les limites de sécurité de fonctionnement du gerbeur linéaire radial, comme par exemple, sa vitesse maximale de déplacement ou sa charge et sa capacité admissibles.

Figure 3 - Certains des paramètres du modèle, représentant la géométrie du châssis

Le modèle MapleSim de gerbeur élévateur radial de FLSmidth est pleinement paramétrique, et est donc à même de servir à de multiples usages. Il peut être configuré pour représenter une installation existante de gerbeur élévateur radial, utilisé pour étudier les limites de sécurité de fonctionnement, tester des modifications de conception et valider les améliorations proposées. Le modèle peut également être configuré selon les dimensions et propriétés d’une nouvelle conception potentielle, et utilisé pour en évaluer la viabilité dès le début du cycle de développement, avant toute prise d’engagements coûteux.

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