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Aide pour le Grand oral

#1 L'utilisateur est hors-ligne   LePixel 

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Posté 24 mai 2022 - 11:07

bonjour a tous ! je prépare actuellement ma question pour le grand oral, qui est :"comment dimensionner le moteur d'une remontée mécanique", n'ayant que 5min, je compte choisir une approche simple, c'est à dire lister toute les forces auxquelles doit faire face le moteur ( poids des sièges, du câble,des passagers, le dénivelé ect... ) et détailler le calcul d'une de ces catégories.

Du coup, pensez vous que mon approche est bonne ? et si non qu'est ce qui serait plus juste/correct ??

merci a vous !
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#2 L'utilisateur est hors-ligne   Bregalad 

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Posté 25 mai 2022 - 00:11

Je n'ai que des bases en mécanique, mais une fois l'installation en route, le poids descendant des véhicules montants va compenser celui des véhicules descendants, idem pour le câble. Ceci n'est donc à prendre en compte que pour le démarrage (ou le freinage électrique). Pour une exploitation à vitesse constante, le moteur doit juste tirer les passagers en haut (le fameux m*g*h) et lutter contre les forces de frottements.

Le plus important est de faire la distinction entre le dimensionnement du démarrage (qui doit être généreux) et celui de l'exploitation normale. Comme n'importe quel véhicule d'ailleurs. Bien faire la différence entre énergie potentielle et cinétique.

Ce message a été modifié par Bregalad - 25 mai 2022 - 00:11 .

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#3 L'utilisateur est hors-ligne   LePixel 

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Posté 25 mai 2022 - 08:25

je comptais justement utiliser le démarrage pour donner la puissance, en effet, comme c'est le moment ou la puissance nécessaire est la plus élevée, et je cherche a trouver la puissance nécessaire pour couvrir tout les cas d'utilisation.
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#4 L'utilisateur est hors-ligne   10sami52 

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Posté 25 mai 2022 - 13:58

Voir le messageLe PixelDissident, le 25 mai 2022 - 08:25 , dit :

je comptais justement utiliser le démarrage pour donner la puissance, en effet, comme c'est le moment ou la puissance nécessaire est la plus élevée, et je cherche a trouver la puissance nécessaire pour couvrir tout les cas d'utilisation.

Pour complémenter le message de Bregalad:

Dans le cas où la RM doit démarrer, il faut prendre en considération le pire des cas. C'est-à-dire charge à 100% sur le brin montant et charge à 0% sur le descendant. Grâce à ça, il est possible de dimensionner le moteur (donc de trouver la puissance nécessaire). Comme tu l'as mentionné dans ton premier message, il faut prendre les différentes forces en compte. Il ne faut pas oublier aussi les poutres à pneus ou autres périphériques (pour une RM monocâble débrayable) qui ajoutent leur lot de pertes.
Au démarrage, le moteur doit mettre en route tout ce petit monde. L'énergie demandée est conséquente.

Puis, pour la puissance à trouver quand la RM tourne "en continu", c'est sensiblement la même démarche que pour le démarrage (prendre les forces de pertes, le pire cas de charge de la ligne, etc).
Dans les autres cas, il faut réguler la puissance admise au moteur. Cette régulation se fait, dans les grandes lignes, automatiquement en mesurant la différence entre la vitesse de consigne et la vitesse réelle. Si la vitesse réelle est plus élevée que la consigne, le régulateur baisse la puissance admise au moteur et inversement pour une vitesse réelle plus faible que la consigne.

J'espère t'avoir un peu guidé. ;)

EDIT: cela dépend également du type de RM. Les calculs sont différents si c'est un téléski, un TSF, une TCD ou un téléphérique.

Ce message a été modifié par 10sami52 - 25 mai 2022 - 14:04 .

Un fan de Giovanola et de la TCD4 Männlichenbahn
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#5 L'utilisateur est hors-ligne   LePixel 

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Posté 25 mai 2022 - 14:28

Voir le message10sami52, le 25 mai 2022 - 13:58 , dit :

Voir le messageLe PixelDissident, le 25 mai 2022 - 08:25 , dit :

je comptais justement utiliser le démarrage pour donner la puissance, en effet, comme c'est le moment ou la puissance nécessaire est la plus élevée, et je cherche a trouver la puissance nécessaire pour couvrir tout les cas d'utilisation.

Pour complémenter le message de Bregalad:

Dans le cas où la RM doit démarrer, il faut prendre en considération le pire des cas. C'est-à-dire charge à 100% sur le brin montant et charge à 0% sur le descendant. Grâce à ça, il est possible de dimensionner le moteur (donc de trouver la puissance nécessaire). Comme tu l'as mentionné dans ton premier message, il faut prendre les différentes forces en compte. Il ne faut pas oublier aussi les poutres à pneus ou autres périphériques (pour une RM monocâble débrayable) qui ajoutent leur lot de pertes.
Au démarrage, le moteur doit mettre en route tout ce petit monde. L'énergie demandée est conséquente.

Puis, pour la puissance à trouver quand la RM tourne "en continu", c'est sensiblement la même démarche que pour le démarrage (prendre les forces de pertes, le pire cas de charge de la ligne, etc).
Dans les autres cas, il faut réguler la puissance admise au moteur. Cette régulation se fait, dans les grandes lignes, automatiquement en mesurant la différence entre la vitesse de consigne et la vitesse réelle. Si la vitesse réelle est plus élevée que la consigne, le régulateur baisse la puissance admise au moteur et inversement pour une vitesse réelle plus faible que la consigne.

J'espère t'avoir un peu guidé. ;)

EDIT: cela dépend également du type de RM. Les calculs sont différents si c'est un téléski, un TSF, une TCD ou un téléphérique.


ca me guide bien merci a toi ! j'aurais juste une question : comment modéliser les frottements des mécaniques de débrayage... c'est pas ce sur quoi je comptais focaliser mes explications ( plus sur la partie poids sièges + passager et poids du câble ) et évoquer le reste plus succinctement ( j'ai que 5 minutes de temps c'est pas très long )


sinon autre question sans lien avec ton message, est-ce que quelqu'un saurait ou trouver des données sur le poids des cables de remontées ? j'ai cherché des informations chez les fabricants mais je n'ai rien trouvé..
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#6 L'utilisateur est hors-ligne   10sami52 

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Posté 25 mai 2022 - 14:59

Pour les forces de pertes, il est toujours possible de décider de les négliger. Mais, il ne faut pas oublier de dire que les calculs que tu as fait ont été effectués en négligeant les pertes (ce qui correspond aux contraintes de temps de ton travail).

Pour le câble, il est possible de déterminer la masse avec la masse linéique du câble en question (donnée en [kg/m]). S'il ne donne pas la masse directe du câble, c'est que la masse est liée à la géométrie de l'installation. Un câble de 2km n'a pas la même masse que celui de 10km. ;)

Ce message a été modifié par 10sami52 - 25 mai 2022 - 17:52 .

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#7 L'utilisateur est hors-ligne   Bovinant 

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Posté 25 mai 2022 - 20:37

Voir le messageLe PixelDissident, le 25 mai 2022 - 14:28 , dit :

ca me guide bien merci a toi ! j'aurais juste une question : comment modéliser les frottements des mécaniques de débrayage... c'est pas ce sur quoi je comptais focaliser mes explications ( plus sur la partie poids sièges + passager et poids du câble ) et évoquer le reste plus succinctement ( j'ai que 5 minutes de temps c'est pas très long )


sinon autre question sans lien avec ton message, est-ce que quelqu'un saurait ou trouver des données sur le poids des cables de remontées ? j'ai cherché des informations chez les fabricants mais je n'ai rien trouvé..


Voir le message10sami52, le 25 mai 2022 - 14:59 , dit :

Pour les forces de pertes, il est toujours possible de décider de les négliger. Mais, il ne faut pas oublier de dire que les calculs que tu as fait ont été effectués en négligeant les pertes (ce qui correspond aux contraintes de temps de ton travail).

Pour le câble, il est possible de déterminer la masse avec la masse linéique du câble en question (donnée en [kg/m]). S'il ne donne pas la masse directe du câble, c'est que la masse est liée à la géométrie de l'installation. Un câble de 2km n'a pas la même masse que celui de 10km. ;)


Oui effectivement le poids de l'ensemble du câble dépend de la longueur de l'installation et c'est donc le poids linéique qui est intéressant à prendre en compte. Par exemple pour un câble typique de diamètre 48mm, le poids au mètre linéaire est de 8.51 daN/m. Pour connaître la longueur du câble, il faut connaitre son équation, et pour ce faire on peut par exemple utiliser les équations de la Chaînette sur chaque portée en prenant pour hypothèse que les charges ponctuelles des véhicules sont distribuées de manière uniforme sur la ligne et cela nécessite de connaitre la géométrie de la ligne et l'implantation des pylônes. Il s'agit d'une bonne approximation dans le cas d'un télésiège ou d'une télécabine avec de nombreux véhicules peu espacés.

Pour calculer la puissance du moteur, on peut par exemple dans un cas statique, calculer l'effort exercer par chaque brin de câble côté montant et descendant, T et t puis le couple correspondant. Ce sont les tensions dans le câble de chacun des brins qui peuvent être calculées simplement à partir des poids sur la ligne montante et descendante à partir des masses des véhicules et du câble.

Un exemple de cette approche trouvée sur internet (en tapant "télésiège glacier alpe d'huez bts" mais je n'arrive pas à avoir le lien de la page internet avec la correction mais elle y est) est celle d'un ancien sujet de BTS avec l'exemple du TSF des Glaciers à l'Alpe d'Huez qui calcule la puissance du moteur. Cet exemple donne également une approche pour le cas dynamique en appliquant le principe fondamental de la dynamique.

Ce message a été modifié par Bovinant - 25 mai 2022 - 20:37 .

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#8 L'utilisateur est hors-ligne   Velro 

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Posté 25 mai 2022 - 22:48

Je n'ai pas encore eu le temps de lire en détail ce qui a été posté. Donc désolé si ce qui suit est en partie redondant.

Pour des calculs de base je propose de jeter un coup d'oeil aux ordonnance fédérales suisses de l'OFT (faire une recherche dans le forum) car contrairement aux EN (normes européennes), les textes sont téléchargeables gratuitement et constituent une excellente base réglementaire, malheureusement elle n'est plus remise à jour vu que l'on a depuis passé aux EN (RM dites CEN)-
Pour certains détails la réglementation suisses est préférables aux EN, pour d'autres les EN tiennent mieux compte de l'évolution. Perso je considère que les prescriptions suisses remises au goût du jour seraient préférables aux EN qui ont elles permis divers nivellements par le bas de la sécurité.

Certainess notes de calcul de ligne assez détaillées font partie des documents annexes librement téléchargeables lors de mises à l'enquête publique (il y a un sujet spécifique dans le forum).
On peut s'y référer pour voir comment sont effectués des calculs réels.


Le variateur est souvent dimensionné pour le couple de freinage électrique maximal dans le cas le plus défavorable et non pour le démarrage car le courant maximal de dimensionnement de l'entraînement principal est souvent déterminé par la performance de freinage électrique requise et non le démarrage (performance d'accélération).
Après il faudrait que je me replonge dans des calculs pour RM à mouvement continu car je n'ai plus les détails en tête (p.ex. marche arrière brin montant 100 % chargé, descendant 0 % ou marche avant avec 100 % de capacité aval et 0 % côté montant, etc.).

Le débit en descente seule (donc montée à vide) est souvent inférieure à 100 % afin de ne pas avoir à surdimensionner l'entraînement, p.ex. on peut dimensionner pour 1 siège occupé sur 2 en descente si la montée est à vide. L'autorisation d'exploitation spécifie les limitations applicables.


La puissance de démarrage d'une RM en langage courant est trompeuse car elle se base sur le courant en considérant la tension comme nominale, ce qui n'est pas le cas en pratique. La puissance à l'arbre du moteur juste au démarrage est faible car la puissance instantanée est égale au produit du couple en [Nm] par la vitesse angulaire en [rad/s] est faible vu que la vitesse de rotation augmente depuis zéro juste au démarrage. Comme la puissance au démarrage n'est pas formellement spécifiée, les comparaisons sont pas si évidentes car il faudrait spécifier la courbe du couple ou du courant en fonction du temps lors du démarrage ou du freinage.

Techniquement, l'on dimensionne le variateur par rapport au couple requis (tributaire du courant) en tenant compte de la capacité de surcharge temporaire qui est elle très faible pour un variateur en raison de la constante de temps thermique très faible des semiconducteurs de puisssance (IGBT) des onduleurs côté réseau (front-end actif) et des onduleurs côté moteur, l'énergie stockée capacitivement dans le circuit intermédiaire est négligeable (donc en l'absence de supercondos de récupération d'énergie et convertisseurs DC/DC pour l'adaptation de la tension).

A part pour les faibles puissances, il y a généralement plusieurs modules de puissance bidirectionnels (onduleurs, inverters) exploités en parallèle aussi bien côté réseau que côté moteur.
Les modules de puissance peuvent être identiques avec juste le firmware du module de contrôle qui diffère selon la fonction (interfaçage d'alimentation réseau ou alimentation moteur). Après, les détails dépendent du variateur (p.ex. ABB, Siemens, Vacon, LeitDrive,...).

(Je reprendrai une partie du texte pour un article technique sur les entraînements électriques de RM.)

Dans le temps, par curiosité, j'avais recalculé en détail quelques entraînements de RM et j'avais abouti à des résultats assez similaires en faisant un calcul relativement basique et un calcul personnel "assez" détaillé. Au final cela correspondait aux calculs formels du constructeur.

Sans logiciel de calcul de ligne c'est un peu rébarbatif vu qu'il faut notamment tenir compte des forces d'appuis sur les galets qui dépendent de la tension du câble ainsi que de l'angle de déviation dans le plan vertical du câble.

Pour les stations (lanceurs, traînage sans entraînement propre, etc.) seuls les constructeurs connaissent les paramètres vu qu'ils dépendent de la conception de l'installation (voir exemples de calculs de ligne).


P.S.:
Pour un TPH à va-et-vient avec câble tracteur supérieur de masse linéique (en [kg/m]) différant de celle du câble tracteur inférieur le calcul est plus sympa. :)

Pour l'entraînement on calcule l'inertie totale des masses en mouvement, un peut contre-intuitivement, le ou les volants (y.c. disques de freins) sur l'arbre rapide contribuent de façon non négligeable à l'inertie de la RM. J'avais posté quelques exemples de calcul de par le passé. Das certains cas, une inertie trop basse peut rendre impossible l'option d'entraînement direct.

Ce message a été modifié par Velro - 25 mai 2022 - 22:54 .

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#9 L'utilisateur est hors-ligne   LePixel 

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Posté 28 mai 2022 - 16:19

Voir le messageVelro, le 25 mai 2022 - 22:48 , dit :

Je n'ai pas encore eu le temps de lire en détail ce qui a été posté. Donc désolé si ce qui suit est en partie redondant.

Pour des calculs de base je propose de jeter un coup d'oeil aux ordonnance fédérales suisses de l'OFT (faire une recherche dans le forum) car contrairement aux EN (normes européennes), les textes sont téléchargeables gratuitement et constituent une excellente base réglementaire, malheureusement elle n'est plus remise à jour vu que l'on a depuis passé aux EN (RM dites CEN)-
Pour certains détails la réglementation suisses est préférables aux EN, pour d'autres les EN tiennent mieux compte de l'évolution. Perso je considère que les prescriptions suisses remises au goût du jour seraient préférables aux EN qui ont elles permis divers nivellements par le bas de la sécurité.

Certainess notes de calcul de ligne assez détaillées font partie des documents annexes librement téléchargeables lors de mises à l'enquête publique (il y a un sujet spécifique dans le forum).
On peut s'y référer pour voir comment sont effectués des calculs réels.


Le variateur est souvent dimensionné pour le couple de freinage électrique maximal dans le cas le plus défavorable et non pour le démarrage car le courant maximal de dimensionnement de l'entraînement principal est souvent déterminé par la performance de freinage électrique requise et non le démarrage (performance d'accélération).
Après il faudrait que je me replonge dans des calculs pour RM à mouvement continu car je n'ai plus les détails en tête (p.ex. marche arrière brin montant 100 % chargé, descendant 0 % ou marche avant avec 100 % de capacité aval et 0 % côté montant, etc.).

Le débit en descente seule (donc montée à vide) est souvent inférieure à 100 % afin de ne pas avoir à surdimensionner l'entraînement, p.ex. on peut dimensionner pour 1 siège occupé sur 2 en descente si la montée est à vide. L'autorisation d'exploitation spécifie les limitations applicables.


La puissance de démarrage d'une RM en langage courant est trompeuse car elle se base sur le courant en considérant la tension comme nominale, ce qui n'est pas le cas en pratique. La puissance à l'arbre du moteur juste au démarrage est faible car la puissance instantanée est égale au produit du couple en [Nm] par la vitesse angulaire en [rad/s] est faible vu que la vitesse de rotation augmente depuis zéro juste au démarrage. Comme la puissance au démarrage n'est pas formellement spécifiée, les comparaisons sont pas si évidentes car il faudrait spécifier la courbe du couple ou du courant en fonction du temps lors du démarrage ou du freinage.

Techniquement, l'on dimensionne le variateur par rapport au couple requis (tributaire du courant) en tenant compte de la capacité de surcharge temporaire qui est elle très faible pour un variateur en raison de la constante de temps thermique très faible des semiconducteurs de puisssance (IGBT) des onduleurs côté réseau (front-end actif) et des onduleurs côté moteur, l'énergie stockée capacitivement dans le circuit intermédiaire est négligeable (donc en l'absence de supercondos de récupération d'énergie et convertisseurs DC/DC pour l'adaptation de la tension).

A part pour les faibles puissances, il y a généralement plusieurs modules de puissance bidirectionnels (onduleurs, inverters) exploités en parallèle aussi bien côté réseau que côté moteur.
Les modules de puissance peuvent être identiques avec juste le firmware du module de contrôle qui diffère selon la fonction (interfaçage d'alimentation réseau ou alimentation moteur). Après, les détails dépendent du variateur (p.ex. ABB, Siemens, Vacon, LeitDrive,...).

(Je reprendrai une partie du texte pour un article technique sur les entraînements électriques de RM.)

Dans le temps, par curiosité, j'avais recalculé en détail quelques entraînements de RM et j'avais abouti à des résultats assez similaires en faisant un calcul relativement basique et un calcul personnel "assez" détaillé. Au final cela correspondait aux calculs formels du constructeur.

Sans logiciel de calcul de ligne c'est un peu rébarbatif vu qu'il faut notamment tenir compte des forces d'appuis sur les galets qui dépendent de la tension du câble ainsi que de l'angle de déviation dans le plan vertical du câble.

Pour les stations (lanceurs, traînage sans entraînement propre, etc.) seuls les constructeurs connaissent les paramètres vu qu'ils dépendent de la conception de l'installation (voir exemples de calculs de ligne).


P.S.:
Pour un TPH à va-et-vient avec câble tracteur supérieur de masse linéique (en [kg/m]) différant de celle du câble tracteur inférieur le calcul est plus sympa. :)

Pour l'entraînement on calcule l'inertie totale des masses en mouvement, un peut contre-intuitivement, le ou les volants (y.c. disques de freins) sur l'arbre rapide contribuent de façon non négligeable à l'inertie de la RM. J'avais posté quelques exemples de calcul de par le passé. Dans certains cas, une inertie trop basse peut rendre impossible l'option d'entraînement direct.


Merci Velro pour cette réponse très complète ! :o déjà merci pour tes recommandations de document, j'ai pas encore tout regardé mais ça devrait m'être utile ! si j'ai bien compris ton message, une méthode plus juste serait de chercher le couple de freinage électrique pour trouver la puissance plutôt que la puissance nécessaire pour mettre en mouvement la RM au départ (c'est ce que j'ai compris mais j'en suis pas sur ) ?
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#10 L'utilisateur est hors-ligne   LePixel 

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Posté 28 mai 2022 - 16:21

Voir le messageBovinant, le 25 mai 2022 - 20:37 , dit :

Voir le messageLe PixelDissident, le 25 mai 2022 - 14:28 , dit :

ca me guide bien merci a toi ! j'aurais juste une question : comment modéliser les frottements des mécaniques de débrayage... c'est pas ce sur quoi je comptais focaliser mes explications ( plus sur la partie poids sièges + passager et poids du câble ) et évoquer le reste plus succinctement ( j'ai que 5 minutes de temps c'est pas très long )


sinon autre question sans lien avec ton message, est-ce que quelqu'un saurait ou trouver des données sur le poids des cables de remontées ? j'ai cherché des informations chez les fabricants mais je n'ai rien trouvé..


Voir le message10sami52, le 25 mai 2022 - 14:59 , dit :

Pour les forces de pertes, il est toujours possible de décider de les négliger. Mais, il ne faut pas oublier de dire que les calculs que tu as fait ont été effectués en négligeant les pertes (ce qui correspond aux contraintes de temps de ton travail).

Pour le câble, il est possible de déterminer la masse avec la masse linéique du câble en question (donnée en [kg/m]). S'il ne donne pas la masse directe du câble, c'est que la masse est liée à la géométrie de l'installation. Un câble de 2km n'a pas la même masse que celui de 10km. ;)


Oui effectivement le poids de l'ensemble du câble dépend de la longueur de l'installation et c'est donc le poids linéique qui est intéressant à prendre en compte. Par exemple pour un câble typique de diamètre 48mm, le poids au mètre linéaire est de 8.51 daN/m. Pour connaître la longueur du câble, il faut connaitre son équation, et pour ce faire on peut par exemple utiliser les équations de la Chaînette sur chaque portée en prenant pour hypothèse que les charges ponctuelles des véhicules sont distribuées de manière uniforme sur la ligne et cela nécessite de connaitre la géométrie de la ligne et l'implantation des pylônes. Il s'agit d'une bonne approximation dans le cas d'un télésiège ou d'une télécabine avec de nombreux véhicules peu espacés.

Pour calculer la puissance du moteur, on peut par exemple dans un cas statique, calculer l'effort exercer par chaque brin de câble côté montant et descendant, T et t puis le couple correspondant. Ce sont les tensions dans le câble de chacun des brins qui peuvent être calculées simplement à partir des poids sur la ligne montante et descendante à partir des masses des véhicules et du câble.

Un exemple de cette approche trouvée sur internet (en tapant "télésiège glacier alpe d'huez bts" mais je n'arrive pas à avoir le lien de la page internet avec la correction mais elle y est) est celle d'un ancien sujet de BTS avec l'exemple du TSF des Glaciers à l'Alpe d'Huez qui calcule la puissance du moteur. Cet exemple donne également une approche pour le cas dynamique en appliquant le principe fondamental de la dynamique.



Merci beaucoup pour la recommandation du sujet de BTS !
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#11 L'utilisateur est hors-ligne   LePixel 

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Posté 02 juin 2022 - 11:12

bonjour !

je me permet de revenir vers vous car j'ai besoin d'information, connaitriez vous la masse ( approximative ) d'un galet de remontée et d'une poulie en gare, ou un endroit ou je pourrais trouver ces informations ? j'en ai besoin pour mes calculs et je ne trouve l'information nulle part je sais que je pourrais faire un calcul approximatif de la masse, mais si j'ai la masse précise c'est mieux !! je me demande donc si vous n'avez pas la réponse !

merci par avance
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#12 L'utilisateur est hors-ligne   shuntage 

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Posté 02 juin 2022 - 13:55

Un galet support Ø 450 : environ 25kg
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#13 L'utilisateur est hors-ligne   Velro 

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Posté 02 juin 2022 - 18:27

Cela dépend également de la conception du galet. Après il y a les galets lestés. Certains galets non lestés font facilement dans les 35 kg voire plus il me semble, après, le diamètre influence de façon massive (!) le poids.
De mémoire 25 kg pour du 450 mm est assez léger mais Shuntage conneît mieux que moi, j'ai soulevé quelques galets par curiosité mais ce n'est pas mon métier.


Si c'est pour les calculs de ligne, est déterminant le moment d'inertie. Pour le frottement (rapporté au câble), on simplifie en multpliant la force d'appui normale du câble par un facteur constant souvent exprimé en %. Pour les calculs de freinage on prend une valeur "worst case" minimale du frottement et pour l'accélération (et aussi vitesse constante) on prend une valeur "worst vase" maximale du frottement. Ces valeurs sont précisées dans les normes.

Le moment d'inertie de rotation des galets est mentionné dans certainess notes de calcul de ligne annexées à des dossiers de mise à l'enquête publique publiés en ligne avec les annexes. Il y a sujet dédié mais hélas pas maintenu à jour. Sauf erreur j'avais mentionné des exemples de valeurs dans le forum.

Ce message a été modifié par Velro - 02 juin 2022 - 18:31 .

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