Conditionnement d`une piste de bowling

BACCALAURÉAT GÉNÉRAL
SÉRIE SCIENTIFIQUE
Exemple d’
ÉPREUVE ORALE DE CONTRÔLE
DE SCIENCES DE L’INGÉNIEUR
Session 2013
Durée de l’épreuve : 1 heure
Coefficient 6 pour les candidats ayant choisi
un enseignement de spécialité autre que
sciences de l’ingénieur
Coefficient 8 pour les candidats ayant
choisi l’enseignement de sciences de
l’ingénieur comme enseignement de
spécialité
Conditionnement d’une piste de bowling
Aucun document autorisé
Calculatrice autorisée, conformément à la circulaire n° 99-186 du 16 novembre 1999
Le conditionnement des pistes influe énormément sur les
scores obtenus. La fédération internationale de bowling
réglemente donc le conditionnement des pistes de jeux.
En effet, il est important que d’un bowling à l’autre, les
joueurs puissent se retrouver dans les mêmes conditions.
Les bowlings se sont donc tous équipés de machines
automatiques ou semi-automatiques pour effectuer les
opérations de nettoyage et de huilage des pistes.
Barrage sur le
Couesnon
Figure 1 : machine à conditionner
les pistes
Les machines sont capables d'aspirer, de laver et de sécher la piste avant de procéder au
dépôt du conditionneur (huile). L'opération s'effectue en un ou deux passages (aller et
retour), avec des vitesses d’avances différentes.
Dépoussiérer
Aspirer / Sécher
Avancer
Huiler
Avancer
Figure 2 : éléments en contact avec la piste
Côté Track Centre Track Côté
Zone5
La piste de bowling est composée de 39 lattes de
bois regroupées sur la largeur en :



côtés ; les côtés sont les 5 ou 7 premières lattes
latérales droites et gauches ;
tracks ; les tracks, suivant le type de machine,
vont de la 6e à la 10e latte latérale droite et
gauche ;
centre ; le centre est la zone séparant les
tracks, soit de la 10e à la 30e latte.
Zone4
Zone3
La longueur de la piste est découpée en zones. Le
huilage est différent suivant les zones.
Zone2
La figure 3 indique la densité d’huile par zone.
Lattes de la piste
Huile déposée sur le trajet aller
Zone1
Huile déposée sur le trajet retour
Huile déposée sur les deux trajets
Figure 3 : huilage d’une piste
Ligne de
faute
2 sur 6
Pour contrôler l’épaisseur d’huile déposée sur la piste, l’algorithme de commande prend
en compte la vitesse de déplacement de la machine, le sens de déplacement, ainsi que
l’aspersion. L’étude vise à proposer une partie de l’algorithme de commande de la
machine.
Guidance de l’étude
Partie 1 : commander les vitesses de déplacement
À partir des éléments fournis dans les documents techniques DT1 et DT2 :
Q1.
Analyser la solution technique permettant d'assurer un guidage correct de la
machine sur la piste.
Q2.
En déduire le type de la liaison Bâti / Axe de roue (7).
Réducteur
1
R1 = 1/150
Moteur
Nom de la
liaison ?
Bâti
7
2
Figure 4 : schéma cinématique
A
Piste
Q3.
Exprimer le rapport de transmission R2  N2 / N1 du
pignons/chaîne en fonction du nombre de dents des pignons Z1 et Z2.
réducteur
Q4.
Exprimer le rapport de transmission global Rg  N7 / Nmoteur en fonction des
rapports de transmission R1 et R2.
Q5.
Exprimer la relation liant la vitesse Vt de déplacement à N7 , dans
l’hypothèse d’un roulement sans glissement du galet sur la piste. Le diamètre des
roues est de 78 mm.
La vitesse de rotation N7 est contrôlée par un variateur qui fournit au moteur
un signal électrique rectangulaire (0 – 195V) à rapport cyclique variable . La
consigne de vitesse, appliquée sur l’entrée P2 du variateur, est prédéfinie au
moyen de quatre potentiomètres S1 à S4.
On considère que les potentiomètres sont réglés comme suit :
 Vitesse1 (V1) réglée par le potentiomètre S1 pour  =10% ;
 Vitesse2 (V2) réglée par le potentiomètre S2 pour  =25% ;
 Vitesse3 (V3) réglée par le potentiomètre S3 pour  =50% ;
Figure 5 : graphe de commande
 Vitesse4 (V4) réglée par le potentiomètre S4 pour  =75%.
moteur pour la vitesse V2
Q6. Interpréter le chronogramme de la figure 5 et en déduire la forme du
chronogramme de la tension moteur pour la vitesse V4.
3 sur 6
Q7. Décrire les réglages à effectuer pour obtenir les vitesses de déplacement
souhaitées.
Partie 2 - commander le sens de déplacement
Q8. Analyser la partie figurant dans le cadre A du schéma électrique (figure 10)
du document technique DT2 et en déduire la manière dont est défini le sens de
déplacement.
Partie 3 - algorithme de commande simplifié
Q9. Compléter l'algorithme de commande de la machine pendant la phase
d'avance.
Algorithme
// Initialisation Machine à l’arrêt, vitesse 1 sélectionnée :
Début
Ouvrir_RL1 ;
Ouvrir_RL2 ;
Ouvrir_RL3 ;
Ouvrir_RL4 ;
Ouvrir_RL5 ;
Fin
// Pilotage de la machine en marche avant
Début
// Sélection de la vitesse S2 :
Fermer_RL3 ;
// Positionnement de la machine en marche avant :
……………….. ;
Attente T1 ;
// Sélection de la vitesse S3 :
………………… ;
Attente T2 ;
// Sélection de la vitesse S4 :
………………… ;
Attente T3 ;
// Positionnement de la machine à l’arrêt :
……………….. ;
// Sélection de la vitesse S1 :
………………… ;
………………… ;
………………… ;
Fin
Partie 4 – conclusion et préparation de l'exposé de 10 minutes proposé au jury
Q10. Synthétiser en quelques phrases, convenablement construites et
argumentées, le mode opératoire du conditionnement des pistes et proposer
des modifications de la machine permettant le conditionnement en un seul
passage.
4 sur 6
Document technique DT1 : principe de fonctionnement du déplacement de la
machine à huiler Phoenix
Le huilage de la piste est assuré au moyen de huit buses qui déposent l’huile sur un
rouleau en contact avec la piste.
Le déplacement de la machine sur la piste est assuré au moyen de deux roues striées (A),
entraînées par un motoréducteur à courant continu associé à un réducteur pignonschaine.
Des galets coniques (B) permettent de centrer la
machine sur la piste.
A
B
Figure 7 : motorisation d’avance
Figure 6 : galet de guidage
Réducteur R1
(1/150)
Moteur
Pignon moteur (1)
Z1=13
Pignon récepteur (2)
Z2=10
Chaine
Axe roues (7)
Galet B
Roue A
Figure 8 : chaîne cinématique
Énergie
électrique
MOTEUR
à courant
continu
Nm
RÉDUCTEUR
R1=1/150
intégré au
moteur
Fréquence de
rotation
N1
RÉDUCTEUR
R2
pignons et
chaîne
Fréquence de
rotation
ROUE
A
Vitesse de
translation
Vt
N2
Fréquence de
rotation
Figure 9 : schéma bloc de la chaîne d’énergie
5 sur 6
Document technique DT2 : principe de gestion des vitesses du déplacement de la
machine à huiler Phoenix
Un variateur, « Speed control », permet de générer quatre vitesses d’avance qui peuvent être
comprises entre 250 mm·s-1 ( V min ) et 1 250 mm·s-1 ( V max ), en marche arrière ou marche
avant.
Ces vitesses sont prédéfinies au moyen de quatre potentiomètres S1 à S4 par l’utilisateur lors
de la phase de paramétrage de la machine.
Un capteur informe le variateur de la vitesse réelle du Phoenix.
Le schéma ci-dessous est une représentation partielle du schéma électronique de la machine à
huiler Phoenix.
Cadre A
Figure 10 : schéma électronique de la commande vitesse
Vitesse 4
(S4)
Vitesse 3
(S3)
Vitesse 2
(S2)
T1
T2
T3
Temps
Figure 11 : profil de vitesse lors d'une avance de la machine
6 sur 6