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Soutenance de Fatima Zohra DERDOUR

République Algérienne Démocratique Et Populaire

Ministère De L’enseignement Supérieur Et De La Recherche Scientifique

Université 20 août 1955- Skikda

Faculté De Technologie

Département Génie mécanique                                                                                                  

 

Thèse présentée par Fatima Zohra DERDOUR en vue de l’obtention du diplôme de Doctorat en sciences , Spécialité: Electromécanique, Option: Mécanisation industrielle

 

ThèmeEvaluation économique de l'influence des paramètres principaux sur l'efficacité de fonctionnement des machines de forage

 

 Soutenue publiquement le **/**/****

 

Devant le jury composé de :

 

Dr.Fouad INEL                                   Président               MCA                 à université 20 août 1955-Skikda

Pr.Abderrazak LACHOURI               Rapporteur            Professeur         à université 20 août 1955-Skikda

Pr.Azzedine BOUZAOUIT                CO-Rapporteur      Professeur        à université 20 août 1955-Skikda

Pr.Abdelouahab BENRETEM            Examinateur          Professeur       à université Badji Mokhtar-Annaba

Pr.Tahar BAHI                                    Examinateur         Professeur        à université Badji Mokhtar-Annaba

Dr.NedjemeddineBENCHOUIA        Examinateur         MCA à université Mohamed Cherif Messadia-SoukAhras

Dr.Mohamed KEZZAR                      Invité                   MCA à université 20 août 1955-Skikda

 

ملخص

التشغيل السليم و الكفء لآلة الحفر يرتبط عموما بالتقييم الاقتصادي في صناعة التعدين . يعتبر التنبؤ بسرعة اختراق أداة الحفر ضروريا لنظام تشغيل عقلاني للآلة. العمل البحثي الذي هو موضوع رسالة الدكتوراه ، يتعلق بالتحسين الامثل لنمط الحفر طرقي ـ دوار و كذلك تأثير عوامل التحكم الرئيسية للحفر على كفاءة التشغيل التي تمت دراستها ايضا. قسم العمل إلى أربعة اجزاء ، اولا تم تقديم دراسة عن عوامل التي يمكن التحكم فيها و العوامل التي لا يمكن التحكم فيها التي لها تأثير على معدل الاختراق في عملية الحفر ، في هذا السياق تم استخدام طريقة تاجوشي(Taguchi) بنجاح في الجزء الثاني بهدف تحديد نظام تشغيل عقلاني لآلة الحفر طرقي-  دوار ، فعوامل الإعداد التي تمت دراستها هي كالتالي : قوة الدفع المحورية ، ضغط الهواء   و سرعة الدوران . تم استخدام مستوى تاجوشي المتعامد ، نسبة الإشارة للضوضاء ، تحليل التباين لباريتو(Anova Pareto) بالإضافة إلى تحليل الانحدار و ذلك لدراسة تأثير هذه العوامل على سرعة اختراق أداة الحفر في الصخر. تم إجراء سلسلة من التجارب على أساس شبكة متعامدة (L27) و النتائج تم تحليلها باستخدام البرنامج الإحصائي ( Minitab).

 جزء آخر اعتمدنا فيه على نمذجة سرعة الاختراق و ذلك باستخدام منهجية استجابة السطح (MSR) ، مع الاخذ عوامل التحكم للحفر الطرقي الدوار التالية : ضغط الهواء ، سرعة الدوران ، ضغط الدفع و قطر أداة الحفر ، استخدم تحليل التباين(Anova) لتقييم تأثير هذه العوامل على الاستجابة ن التجارب أجريت على أساس التصميم التجريبي تاجوشي المختلط ( L18) .الجزء الاخير من هذا البحث يتعلق بإيجاد شروط الحفر المثلى باستخدام منهجية تاجوشي  و المتمثلة في تحليل ( إشارة ـ  ضوضاء ) و المقاربة بوظيفة الرغبة (DF) ، لقد تم التحقق من صحة القيم المثلى التي تم الحصول عليها باستخدام منهجية تاجوشي و منهجية سطح الاستجابة من خلال تجارب التأكيد .

الكلمات المفتاحية للبحث : الحفر الطرقي الدوار ، سرعة الاختراق ، منهجية تاجوشي، منهجية سطح الاستجابة ، تحليل التباين  (نسبة الإشارة / ضوضاء) ،  وظيفة الرغبة.

 Résumé

 

 

L’exploitation  correcte et efficace d’une machine de forage dans l’industrie des mines est associée en générale à    une évaluation économique. La prédiction de la vitesse d’avance et de pénétration   de l’outil de forage est jugée nécessaire pour  un régime de fonctionnement rationnel. Le travail de recherche objet de la présente thèse de doctorat concerne l’optimisation du mode de forage roto-percutant, ainsi que l’influence des paramètres principaux de forage sur l’efficacité de fonctionnement des machines de forage qui ont été étudiées également. La mise en œuvre de ce travail de recherche est organisée en quatre parties. En premier lieu, une investigation sur les paramètres contrôlables et les paramètres incontrôlables qui affectent la vitesse de pénétration dans le processus de forage a été présentée. Dans ce cadre, la méthode  de Taguchi a été utilisée avec succès dans une deuxième partie, dans un but de déterminer le  régime rationnel de fonctionnement d’une machine de forage roto-percutant. Les paramètres de réglage de la machine de forage en question à savoir ; la force axiale, la pression d’alimentation en air comprimé du marteau, la vitesse de rotation du train de tige sont étudiées. Un plan orthogonal de Taguchi, le ratio signal-bruit [S/B], l’analyse de variance (ANOVA Pareto) ainsi que l’analyse de régression sont aussi utilisées en vue d’analyser l’effet de ces paramètres sur la vitesse de pénétration de l’outil dans la roche. Une série d’expériences basées sur un réseau orthogonal (L27)a été effectuée. Les résultats des expériences sont recueillis ainsi analysés à l’aide du logiciel statistique « Minitab 16 ».

 

Une autre partie sur la modélisation de la vitesse de pénétration en utilisant la méthodologie de la surface de réponse (MSR), en tenant compte des paramètres de forage roto-percutant tels que, la pression d’air, la vitesse de rotation, la pression spécifique d’avance  ainsi que le diamètre de l’outil, dans ce contexte, l’analyse de la variance (ANOVA) est utilisée pour évaluer l’effet des facteurs de contrôle sur la réponse. Les expériences ont été réalisées sur la base d’un plan expérimental mixte (L18) de Taguchi. La dernière partie de ce travail est consacrée à l’optimisation des conditions de forage en utilisant l’approche de Taguchi (analyse signal / bruit) et la fonction de désirabilité (DF). En effet, les valeurs optimales obtenues par l’utilisation de l’approche de Taguchi ainsi que la méthodologie de surface de réponse (MSR) ont été validées par des expériences de confirmation.

 

Mots-clés : Forage roto-percutant, Vitesse de pénétration, Méthode  de Taguchi, Méthodologie  de Surface de Réponse (MSR), ANOVA, le ratio signal/bruit, Désirabilité.

 

 

Abstract

 

The efficient use of drilling machines is one of the key factors that are considered in the economic evaluation of mining operations.A prediction of penetration rate is necessary to work in rational operating regime of such a machine. The research work that is the subject of this doctoral thesis concerns the optimization of rotary percussive drilling as well as the influence of the main drilling parameters on the operating efficiency of the drilling machines that have been studied as well. Our work is organized in four parts. First, an investigation of the controllable parameters and uncontrollable parameters that affect the penetration rate in the drilling process was presented. In this context, the Taguchi method was used successfully in a second part, with the aim of determining the rational operating regime of a rotary percussive drilling machine and this is possible if the optimal conditions are met. The operational parameters of the drilling machine in question namely, the thrust, the air pressure, the rotation speed are studied. An orthogonal array of Taguchi, signal-to-noise [S/N] ratio, ANOVA Pareto analysis, and regression analysis are used to investigate the effect of drilling operational factors on the penetration rate. A series of experiments based on orthogonal arrays L27 was carried out and the results were collected and analyzed using the statistical software Minitab.

Another part on the modeling of the penetration rate using the Response Surface Methodology (RSM) taking into account the rotary percussive drilling parameters such as air pressure, specific advance pressure, rotation speed, and bit diameter, in this context, ANOVAis used to characterize the effect of control factors on the response. The experiments were carried out on the basis of a mixed experimental array Taguchi L18.The last part of this research work concerns the optimization of drilling conditions using the Taguchi approach (signal / noise analysis) and the desirability (DF), the optimal values obtained during the optimization of the study by the Taguchi approach and the response surface methodology (RSM) were validated by confirmatory experiments.

 

Keywords: Rotary percussive drilling, Penetration rate, Taguchi method, Response surface model (RSM), ANOVA, Signal-to-noise ratio, Desirability function

 

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