Brevet FR2029687A1 — publié le 19701023

La présente invention, rentrant dans le secteur du broyage, se rapporte à des machines pour le traitement d'une matière supportée par un dispositif porteur soumis à un mouvement pendant le fonctionnement de la machine. Comme exemple de 5 telles machines, on citera celles utilisées pour la pulvérisation de la matière ou sa réduction en petites particules, par exemple les machines de bocardage, broyage ou mouture, s* appliquant à des minerais, des produits chimiques, des matières a-limentaires ou autres produits analogues. 10 Les machines broyeuses traitant de gros débits sont généralement du type broyeurs à boulets ou broyeurs tubulaires qui tournent lentement et dont l'action de broyage dépend de l'agitation. Par ailleurs, la pulvérisation par vibrations est un processus exigeant beaucoup d'énergie spécifique, car il 15 faut qu'une énergie considérable soit appliquée à des volumes relativement faibles de la matière à traiter. Dans les pulvérisateurs vibreurs, qu'on peut appeler machines de broyage à vibrations, la matière à traiter est supportée dans un organe porteur comprenant une ou plusieurs chambres contenant la ma-20 chine à fragmenter, parfois en même temps que d'autres moyens de broyage, tels que des boulets ou galets métalliques ou céramiques qui sont en vibration. L'opération peut être exécutée à l'état sec, mais très souvent on ajoute du liquide et la matière fragmentaire résultante sort sous la forme d'une pâte ou 25 bouillie. Souvent l'alimentation de la matière première dans la machine, spécialement si cette dernière est de grande taille, s'effectue de façon continue et de même l'extraction de la matière fragmentée s'obtient de façon continue. Mais il existe 30 beaucoup de machines, en particulier celles de faible capacité, qui fragmentent la matière dans des chambres fermées en une seule fournée, la machine étant arrêtée pour l'extraction de la matière fragmentée et pour le remplissage de la matière première. 35 Or, on a établi que le rendement et la vitessede ' fragmentation, en particulier pour obtenir une faible dimension des particules, exigent d'appliquer une énergie élevée au volume de la matière, de façon à rompre les liaisons moléculaires. 70 03010 2 2029687 Ceci peut être réalisé en faisant vibrer les chambres de broyage avec une fréquence et une amplitude particulières qui dépendent des matières et des besoins spécifiques. Jusqu'ici, avec cette forme de fragmentation par vibrations, on a utilisé des 5 chambres montées à résonance avec des ressorts ou .analogues et excitées par divers moyens, y compris la rotation de masses déséquilibrées, pour produire les oscillations. Néanmoins, les montures élastiques ou autrement résonnantes sont sujettes à des pannes dues à la fatigue et à 10 des variations de l'amplitude des vibrations et la présente invention a pour objet principal d'éviter ces inconvénients. Conformément à l'invention, une machine pour traiter -la matière comprend un organe porteur pour supporter la matière et des moyens pour suspendre et pour actionner par un inter-15 médiaire rigide ledit organe porteur, de façon à faire vibrer ce dernier à une amplitude et une fréquence fixées. De préférence, on prévoit une multiplicité d'organes porteurs, suspendus et rigidement entraînés de telle façon que les deux ou plusieurs organes porteurs et moyens d'actionnement soient équi-20 librés de ce fait. Ainsi, on évite la propagation de vibrations gênantes ou dommageables dans les bâtiments ou autres structures se trouvant au voisinage, problème qui devient de plus en plus aigu lorsque la puissance et la taille des machines augmentent. 25 les moyens d'actionnement sus-mentionnés comprennent de préférence un arbre moteur ou analogue, dont le mouvement rotatif est converti par une liaison mécanique en mouvement vibratoire rectiligne de l'organe porteur. Ladite liaison mécanique peut comprendre un mécanisme à coulisse et manivelle. 30 La conversion d'un mouvement rotatif en mouvement vibratoire rectiligne s'effectue de telle façon que la somme vectorielle des forces d'inertie de l'ensemble du système soit nulle ou voisine de zéro en tout temps. De cette manière, les forces d'accélération inertielle et élevées qui sont engendrées par 35 le mouvement alternatif violent de l'organe porteur et du mécanisme d'actionnement sont automatiquement équilibrées, de sorte qu'il n'y a pas ou guère de vibration transmise par la machine. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, 70 03010 3 2029687 une série d'organes porteurs vibratoires est prévue et disposée, pour qu'une sortie d'un organe porteur soit située au voisinage immédiat et reliée à l'entrée d'un autre organe porteur de la série, la disposition étant telle que la matière à traiter pas-5 se d'un organe porteur à un autre de la série pour recevoir un traitement progressif ou étagé. lorsque la machine est uie machine de fragmentation ou pulvérisation, l'organe porteur peut comprendre une chambre de broyage contenant la matière à fragmenter, avec ou sans autre moyen de broyage. l'organe porteur 10 peut comprendre des chambres de broyage dont chacune possède une entrée et une sortie disposées transversalement par rapport à la direction de la vibration, les chambres de broyage étant reliées par des raccords tubulaires de façon à former en combinaison un tuyau ou conduite dans lequel passe la matière à frag-15 menter. Suivant un mode de construction selon l'invention, la machine pour le traitement de matière comprend deux séries d'organes porteurs vibratoires, les moyens d'actionnement de ceux-ci faisant vibrer les organes porteurs de chaque série sensi-20 blement en phase les uns avec les autres et sensiblement en opposition de phase avec ceux de l'autre série. l'invention sera maintenant décrite plus en détail, appliquée à des pulvérisateurs à vibration pour réduire à sec la dimension des fragments de matière solide. On en décrira 25 deux réalisations spécifiques, à titre d'exemple, en se référant aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en plan, le couvercle du boîtier principal de la machine étant enlevé, d'un pulvérisateur à vibration selon l'invention, comportant deux chambres 30 de pulvérisation; - la figure 2 est une élévation frontale de la machine, partiellement en coupe suivant II-II -de la figure 1, montrant la disposition des manetons de manivelle ou excentriques du mécanisme à coulisse et manivelle de la machine, qui donne 35 une construction automatiquement équilibrée; - la figure 3 est une élévation latérale de la machine, partiellement en coupe suivant III-III de la figure 2; et, - la figure 4 est une vue en plan semblable à la figure 1, mais montrant un pulvérisateur à chambres multiples 70 03010 4 2029687 comportant deux séries de chambres de pulvérisation. Si l'on se reporte aux figures 1 à 3, on voit que le carter principal 5 inclut ou constitue des paliers pour un arbre d'entrée 6 entraîné par un moteur électrique 7 boulonné sur 5 un prolongement 5a du .oârter principal. L'arbre 6 comporte deux manetons de manivelle, diamétralement opposés, constitués par des excentriques 8 et 9 clavetés sur l'arbre, comme on le voit en 10 (figure 2). Comme il est illustré, l'arbre est supporté dans des paliers ordinaires qui sont lubrifiés par bar-10 botage et projection, le niveau d'huile dans le carter principal 5 étant indiqué en 11 sur les figures 2 et 3. Les deux chambres de pulvérisation se voient en 12 et 13, chacune étant ' pourvue d'une plaque de fermeture amovible, représentée en 12a et 13a respectivement. 15 Chaque chambre de pulvérisation 12 ou 13 est directe ment montée sur un organe du genre coulisse à crosse 14 ou 15 respectivement, qui est libre de se déplacer en ligne droite suivant l'axe d'un palier 16 ou 17 solidaire du carter principal 5. D'après les figures 1 et 2, on voit que les axes des 20 deux coulisses sont colinéaires et, le long de cet axe commun, les deux chambres 12 et 13 subissent un mouvement de va-et-vient en opposition par l'effet des excentriques 8 et 9 diamétralement opposés. Ce mouvement alternatif équilibré des deux chambres est obtenu en convertissant le mouvement tournant continu 25 de l'arbre .5 en un mouvement rectiligne appliqué aux chambres, grâce à la liaison mécanique constituée par les excentriques 8 et 9» les bielles 18 et 19 et les coulisses 14 et 15. Comme on le voit sur la figure 1, les bielles 18 et 19 sont axiale-ment décalées et sont reliées aux coulisses colinéaires 14 et 30 15 par des axes 20 et 21. Le mécanisme coulisse-manivelle ainsi constitué fournit l'entraînement positif des chambres 12 et 13. De même que pour les paliers ordinaires de l'arbre 6, les paliers de la broche de manivelle et du goujon sont lubrifiés par projection de l'huile 11 contenue dans le carter 35 principal 5> et il en est de même des paliers de crosses 16 et 17. Le carter principal 5 est pourvu d'un couvercle 5b qui peut être enlevé pour compléter le niveau d'huile si nécessaire. Naturellement, suivant une alternative, l'un, quelconque ou la totalité des paliers susmentionnés peut être lubrifié sous 70 03010 5 2029687 pression,: de plus les paliers de l'arbre 6 peuvent être du type à billes ou à rouleaux. les forces d'inertie élevées transmises par les bielles 18 et 19 engendrent un fort couple d'inertie à fluctuation 5 cyclique sur l'arbre 6 et, en conséquence, un volant est incorporé dans les moyens d'actionnement pour limiter à une faible valeur la variation de la vitesse de l'arbre et pour obtenir un fonctionnement satisfaisant du moteur électrique 7. Dans la réalisation illustrée, on a prévu deux volants, chaque ex-10 centrique 8 ou 9 possédant un volant 22 ou 23 qui lui est respectivement solidaire, comme on le voit bien sur la figure 3» de sorte que le couple d'inertie est directement encaissé par chaque volant à partir de la bielle et par l'excentrique. Ainsi, il n'est pas transmis de torsion cyclique indésirable dans l'ar-15 bre. Comme il est illustré, la machine peut se supporter seule, le carter principal 5 étant monté par l'intermédiaire de colliers de caoutchouc 24 sur une plaque en bois 25 qui est elle-même pourvue de pieds en caoutchouc 26 au moyen desquels 20 la machine repose sur un banc, le plancher ou toute autre surface 27. Bien que la machine décrite comprenne deux chambres de pulvérisation ou broyage actionnées à partir de deux excentriques diamétralement opposés dans le but d'obtenir une cons-25 truction dans laquelle toutes les forces d'inertie sont automatiquement équilibrées, on comprendra qu'on puisse obtenir le même résultat avec trois chambres entraînées par trois excentriques écartés de 120°, par exemple. Si l'on se réfère maintenant à la figure 4» là machi-30 ne qui y est illustrée comporte des chambres de pulvérisation ou broyage appariées, entraînées par des excentriques diamétralement opposés. Mais dans cette machine on trouve une série de chambres de pulvérisation ou broyage de chaque côté de l'arbre d'entrée, chaque série formant une conduite vibrante. Ainsi, 35 la conduite A est constituée par une série de six chambres 28 possédant des entrées et sorties respectives 28a et 28b disposées transversalement, la sortie de la première chambre de pulvérisation ou broyage de la série étant située au voisinage immédiat de l'entrée de la deuxième et ainsi de suite, et les 70 03010 6 2029687 sorties et les entrées étant reliées par des raccords tubulai-res flexibles"30. De façon semblable, la conduite B est constituée par une série de six chambres 29 possédant des entrées et des sorties respectives 29a et 29b disposées transversalement, 5 les sorties et les entrées adjacentes étant reliées par des raccords tubulaires flexibles 31• La matière à fragmenter passe le long des conduites tubulaires A et B d'un bout à l'autre, en recevant de l'énergie vibratoire dans les chambres de pulvérisation ou broyage 10 28 et 29 au fur et à mesure qu'elle y progresse. Toutes les sections de la conduite A vibrent sensiblement en phase les unes avec les autres et en opposition de phase avec les sections correspondantes de la conduite B. Les vibrations des différentes portions de conduite 28 et 29 sont engendrées par des moyens 15 d'actionnement matériels semblables à ceux déjà décrits en se référant aux figures 1 à 3» ce qui produit l'équilibre global des forces dans l'ensemble du système. Comme il est illustré, la machine comporte un arbre d'entrée 32 commun à toutes les chambres 28 et 29 des deux séries, actionné .par m moteur élec-20 trique 33 à une extrémité. L'arbre 32 est supporté dans des paliers dans un carter principal allongé 34 qui, comme auparavant, incorpore des paliers 35 et 36 pour les coulisses à crosse 37 et 38, grâce auxquels les chambres de pulvérisation ou broyage 28 et 29 sont respectivement supportées. Sur l'arbre 25 32 sont montés les excentriques 39 et 40 grâce auxquels le mouvement tournant continu de l'arbre est converti en mouvement rectiligne des coulisses 37 et 38 respectivement par l'intermédiaire de bielles 41 et 42 et d'axes 43 et 44. Afin d'obtenir une disposition colinéaire des axes 30 de chaque paire de coulisses 37 et 38, les excentriques 39 sont prévus^n double, avec l'excentrique 40 en sand-wich. Chaque bielle/est double de façon correspondante et l'axe 43 est monté entre ses petites extrémités écartées, la coulisse 37 étant disposée entre celles-ci. Par ailleurs, chaque bielle 42 a une 35 conformation sensiblement en Y, la coulisse 38 étant disposée entre les deux parties 42a de sa petite extrémité fourchue. Un volant 45 est monté sur l'arbre 32, entre les excentriques, pour „ la première paire de chambres de pulvérisation ou broyage des deux séries et le moteur électrique 33. 70 03010 7 2029687 Bien qu'un seul moteur électrique ait été prévu dans la construction décrite* suivant une autre disposition possible, on peut employer une paire de moteurs, à savoir un moteur pour démarrer la machine et l'autre pour le fonctionnement continu 5 une fois que la machine a démarré. On voit que, lorsque la matière à fragmenter entre par une extrémité d'une conduite A ou B, elle recevra progressivement de l'énergie vibratoire pendant son passage dans la conduite. Les deux conduites peuvent fonctionner en série ou en 10 parallèle et peuvent être constituées par tout nombre voulu de chambres de pulvérisation ou broyage, suivant l'énergie spécifique nécessaire pour le procédé de fragmentation considéré et le débit de la matière dans la conduite. Avec la construction des machines décrites, on peut 15 obtenir de gros débits de matière par multiplication progressive des chambres équilibrées de fragmentation par vibration et on peut s'arranger pour avoir un débit continu de matière pulvérisée. En outre, bien que das la réalisation décrite, les 20 chambres de fragmentation de la série complète vibrent avec la même amplitude, on peut adopter des amplitudes différentes pour les différentes paires. Par exemple, en admettant que les deux conduites A et B fonctionnent en parallèle, et que la matière entre du côté moteur de la machine, il peut être avantageux 25 d'avoir une amplitude de vibration des chambres de fragmentation allant en décroissant vers l'extrémité de sortie de la machine. Il va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, no-30 tamment par substitution de moyens techniques équivalents sans que l'on sorte pour cela du cadre de la présente invention. 70 03010 8 2029687 raœBDicAiioHs 1. Machine pour traiter de la matière, comportant un organe porteur pour supporter la matière et des moyens pour suspendre et actionner de façon rigide ledit organe porteur, en 5 faisant vibrer ce dernier avec une amplitude et une fréquence fixées. 2. Machine selon la revendication 1, comprenant une multiplicité d'organes porteurs suspendus et actionnés rigidement de telle manière que les deux ou plusieurs organes 10 porteurs et moyens d'actionnement soient automatiquement équilibrés. 3. Machine selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle les moyens d'actionnement comprennent un arbre moteur ou analogue dont le mouvement de rotation est 15 converti par une liaison mécanique en mouvement vibratoire rectiligne de l'organe porteur. 4. Machine selon la revendication 3» dans laquelle ladite liaison mécanique comprend un mécanisme à coulisse et manivelle. 20 5. Machine selon l'une quelconque des revendica-• tions précédentes, dans laquelle une série d'organes porteurs vibrants est prévue et disposée de façon qu'une sortie d'un organe support soit située au voisinage immédiat et soit reliée à l'entrée d'un autre organe support de la série, la disposition 25 étant telle que la matière à traiter passe d'un organe porteur à un autre de la série pour recevoir un traitement progressif ou étagé. 6. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, prévue pour la fragmentation de la matière, 30 dans laquelle l'organe porteur comprend une chambre de broyage contenant la matière à fragmenter, avec ou sans autre moyen de broyage. 7. Machine selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6 dépendant de la revendication 2, dans laquelle il 35 existe deux séries des organes supports vibrants et les moyens d'actionnement font vibrer l'organe support de chaque série sensiblement en phase les uns avec les autres et sensiblement en opposition de phase avec ceux de l'autre série. 8. Machine selon l'une quelconque des revendications 70 03010 9 2029687 3 à 7, dans laquelle les moyens d'actionnement comprennent tin maneton de manivelle ou excentrique sur l'arbre d'entrée, une bielle actionnée par le maneton de manivelle ou excentrique et une coulisse à crosse, reliée avec pivotement à la petite tête 5 de bielle et à laquelle l'organe porteur est attaché. 9. Machine selon la revendication 8 et la revendication 2, dans laquelle un seul arbre d'entrée actionne la multiplicité d'organes porteurs, les manetons de manivelles ou excentriques étant disposés avec un écartement angulaire appro- 10 prié autour de l'arbre moteur en relation avec le nombre d'organes porteurs pour obtenir l'équilibre des forces d'inertie. 10. Machine selon la revendication 8 ou la revendication 9» dans laquelle l'arbre moteur est supporté dans des paliers d'un carter qui. fournit également un palier pour la 15 coulisse à crosse.