Le portail coulissant refusé à la réception : 14 s au lieu de 12 s
Une société doit automatiser un portail coulissant dont la course utile est de 2,20 m. Le cahier des charges impose une ouverture complète en 12 s au maximum, une détection d'obstacle et un fonctionnement sur secteur 230 V. Le concepteur retient un moteur asynchrone monophasé 230 V tournant à 1 500 tr/min, un réducteur de rapport i = 1/40 et un pignon de diamètre primitif 80 mm engrenant une crémaillère fixée au portail. L'effort résistant maximal mesuré sur le portail est de 180 N et le motoréducteur délivre au pignon un effort nominal de 250 N. Une cellule photoélectrique et deux fins de course sont prévus. À la réception, l'installateur chronomètre 14 s et le client refuse l'ouvrage. Le bureau d'études propose trois pistes : un pignon de 94 mm, un réducteur de rapport i = 1/34, ou un variateur réglé à 58 Hz.
1. Calculer la vitesse linéaire du portail et la durée d'ouverture avec la configuration actuelle.
Read the worked answer
Vitesse de rotation en sortie de réducteur. ω_moteur = 1 500 tr/min = 1 500 × 2π/60 ≈ 157,1 rad/s. ω_sortie = 157,1/40 ≈ 3,93 rad/s (soit ≈ 37,5 tr/min).
Vitesse linéaire. Le pignon de diamètre 80 mm a un rayon primitif r = 0,040 m : v = ω_sortie × r = 3,93 × 0,040 ≈ 0,157 m/s (≈ 9,4 m/min).
Durée. t = 2,20/0,157 ≈ 14,0 s, ce qui reproduit exactement le chronométrage de l'installateur : le modèle de calcul est validé, et l'écart au cahier des charges n'est pas un défaut de mise en service mais un problème de dimensionnement cinématique.
Vitesse exigée. Pour tenir 12 s, il faudrait v ≥ 2,20/12 = 0,183 m/s, soit environ 17 % de plus.
2. Examiner les trois solutions proposées : lesquelles respectent les 12 s, et quelles réserves techniques faut-il formuler ?
Read the worked answer
Pignon de 94 mm. v = 3,93 × 0,047 ≈ 0,1846 m/s, t ≈ 11,9 s : conforme, mais de justesse. Réserve : à couple moteur identique, l'effort à la crémaillère varie en 1/r, donc F = 250 × 40/47 ≈ 213 N. La marge sur les 180 N résistants tombe à 18 %, ce qui reste acceptable mais doit être vérifié portail chargé (vent, gel, usure).
Réducteur i = 1/34. ω_sortie = 157,1/34 ≈ 4,62 rad/s, v ≈ 0,185 m/s, t ≈ 11,9 s : conforme. Réserve : le couple de sortie est proportionnel au rapport, donc l'effort disponible devient 250 × 34/40 ≈ 212 N : même perte de 15 % que ci-dessus. Le gain de vitesse se paie toujours en effort.
Variateur à 58 Hz. v = 157,1 × (58/50)/40 × 0,040 ≈ 0,182 m/s, t ≈ 12,07 s : toujours hors spécification. Il faudrait au minimum f = 50 × 0,1833/0,1571 ≈ 58,4 Hz ; et au-delà de la fréquence nominale, le moteur passe en régime de puissance constante, donc le couple disponible diminue également.
Conclusion. Aucune solution n'est gratuite : les trois échangent de la vitesse contre de l'effort. Il faut retenir le pignon ou le réducteur, avec vérification de la marge d'effort sur les 18 % restants, ou réduire les frottements du portail.
3. Le client exige aussi une détection d'obstacle. La cellule photoélectrique prévue suffit-elle ? Justifier et proposer une solution.
Read the worked answer
Non. Une cellule photoélectrique à faisceau traversant détecte le franchissement d'une ligne, pas le contact avec le vantail en mouvement. Un obstacle bas, un enfant accroupi ou un objet déjà engagé dans la zone de débattement peut ne pas couper le faisceau tout en étant heurté par le portail.
Ce que demandent les référentiels. La norme EN 12453 impose, pour une motorisation de portail, soit une limitation d'effort, soit un dispositif de détection de présence sur l'arête de fermeture, la cellule venant en protection complémentaire. La norme EN 12445 décrit les essais de mesure des efforts de choc.
Solution à proposer.
- Une barre palpeuse ou un profil sensible sur l'arête de fermeture, raccordé à l'automate et auto-surveillé ;
- la limitation d'effort du variateur réglée et vérifiée selon les valeurs de la norme ;
- la cellule conservée comme protection d'approche, positionnée pour couvrir toute la course ;
- l'arrêt et l'inversion immédiate du mouvement à la détection, avec signalisation lumineuse.
Autrement dit : la sécurité ne se traite pas par un seul capteur mais par une chaîne redondante, et elle se vérifie par des essais, pas par une déclaration.