Brevet FR2182610A1 — publié le 19731214

L'invention concerne une installation de malaxage pour la fabrication du béton et un malaxeur pour ce type d'installation, des moyens de contrôle à lecture directe et précise asservissant les commandes de fonction de l'installation et du malaxeur pour obtenir un béton à taux de plasticité idéal pour son emploi. Les problèmes de fabrication, posés aux bétonniers, sont de plus en plus délicats à résoudre, étant donné les normalisations exigées par les Administrations responsables, l'utilisation des machines automatiques, les exigences des maitres d oeuvre, etc.. Ces paramètres variables exigent un contrôle précis de la quantité d'eau introduite dans le mélange en tenant compte de l'humidité des agrégats qui peut aller jusqu'à la saturation, par exemple de 14 à 18 % du poids. La connaissance et la constance de la plasticité dans une même composition de béton sont donc indispensables pour sa bonne mise en place 5 condition importante de l'utilisation même du béton dans les ouvrages.Cette exigence se trouve a) dans les usines de préfabrication qui sont maintenant équipées de machines automatiques pour fabriquer des produits moulés, ces machines refusant des bétons qui n'ont pas la caractéristique voulue,car il est impossible de mouler, de démouler et de manutentionner les pièces. b) sur les chantiers, le maître d'oeuvre demandant un béton d'une plasticité déterminée et surtout constante, car il tient compte des moyens qu'il utilise pour sa mise en place (pompe à béton, dumper, benne, dimensions des coffrages, vibrations, compressions...). Jusqu'à présent, dans les installations connues, on cherche à contraler par voie électrique les efforts des mécanismes mis en cause afin de déterminer le taux de plasticité souhaité du béton pour son utilisation. Ce mode de contrôle est peu fiable en raison des nombreux paramètres mécaniques qui interfèrent et des difficultés de lecture inhérentes au contrôle par voie électrique. En effet, ces appareils électriques lisent sur les bornes de moteur électrique du malaxeur les variations du courant rotorique. Ces variations sont interprêtées et corrigées en vue d'étaler les plages de lecture pour mieux les utiliser. La critique de ce mode de contrôle connu repose sur la prise de l'information effectuée sur le point le plus éloigné de la transmission des efforts. On recherche le couple résistant du malaxage, c'est-à-dire lteffort au niveau des pales de mélange du malaxeur et il se trouve qu'entre ces deux points de nombreux paramètres modifient la lecture. Parmi ces paramètres extérieurs, on note, entre autres, le glissement électrique du moteur, la qualité des circuits électriques, l'état du matériel, le rendement des transmissions mécaniques, l'échauffement des organes, l'usure des pièces en mouvement. Tous ces paramètres affectent la précision de la lecture et ce mode de contrôle de la plasticité du mélange ne répond pas aux deux exigences essentielles, à savoir la connaissance et la constance de la plasticité du mélange. D'autre part, dans les installations connues, le malaxeur étant entraîné par un ou plusieurs moteurs électriques, il n'est pas possible d'adapter la vitesse de brassage aux conditions du mélange. Les appareils ont leur vitesse propre et l'on constate que, suivant certaines compositions du mélange, il peut se produire une centrifugation, une ségrégation du mélange ainsi que, pour de grandes vitesses, la détérioration des grains. Or, la conservation du calibrage des grains est particulièrement nécessaire, notamment dans la composition des bétons d'argile expansée et des bétons de pouzzolane. La présente invention a, en conséquence, pour but de fournir une installation de malaxage et un malaxeur permettant de connaître, le plus exactement possible, la variation des efforts utilisés en cours de brassage d'un mélange, à leur point d'application, en fonction de l'introduction des différents composants et de traiter ces informations pour les appliquer aux commandes de fonction de l'installation, la connaissance précise du couple de brassage trouvant son application dans la fabrication du béton, car elle détermine son comportement à la maniabilité de "mou" à "dur", c'est-à-dire son aptitude aux différentes utilisations. L'invention concerne à cet effet une installation de malaxage pour la fabrication du béton, comprenant un malaxeur constitué d'une cuve et d'un rotor portant les pales de mélange, des moyens de stockage et d'introduction du liant et des agrégats dans le malaxeur, des moyens d'introduction d'eau et des moyens de vidange du malaxeur, installation caractérisée en ce que le rotor du malaxeur, portant les pales de mélange, est entraîné en rotation par un moteur hydraulique attaquant directement l'arbre du rotor, la chambre de compression du fluide qui alimente les pistons du moteur hydraulique étant reliée à un manomètre de haute précision pour obtenir une lecture directe et précise de la valeur du couple absorbé pendant le malaxage, ladite chambre de pression du moteur hydraulique étant, en outre, reliée à des moyens de commande agissant sur les moyens d'introduction d'eau dans la cuve du malaxeur en fonction d'une valeur dudit couple résistant corres- pondant à un taux de plasticité du mélange. Une installation, équipée d'un malaxeur suivant l'invention, est représentée sur les dessins ci-joints dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique de l'installation, - la figure 2 est une vue schématique partielle du malaxeur de l'installation, montrant la mesure du couple de malaxage, directement sur le rotor du malaxeur, - la figure 3 est une vue schématique montrant l'introduction automatique de l'eau dans le malaxeur, - la figure 4 est une vue schématique montrant un mode d'exécution de répartition de l'eau d'appoint dans le malaxeur, - la figure 5 est une vue schématique montrant la commande d'entraînement en rotation à vitesse variable du malaxeur, - la figure 6 est une vue partielle en élévation coupe du malaxeur montrant un dispositif de vidange rapide, - la figure 7 est une vue de dessus de la figure 6. Suivant l'invention, ainsi qu'il est représenté figure 1, l'installation de malaxage pour la fabrication du béton se compose d'un malaxeur, désigné par la référence générale 1. Le malaxeur se compose d'une cuve 2, à l'intérieur de laquelle est entraîné en rotation un rotor 3 pourvu de bras 4 porte-pales 5. Le malaxeur I comporte, sur le dessus de sa cuve, des ouvertures permettant l'introduction du liant, des agrégats et de l'eau entrant dans la composition du mélange. Suivant une caractéristique de l'invention, le liant, tel que ciment, est contenu dans une cuve 6 dont la trémie 7 possède une trappe de fermeture 8 dont le déplacement est commandé par un vérin hydraulique 9. La goulotte 10 de la trémie débouche dans un transporteur îî à vis sans fin 12, entraîné en rotation par un moteur hydraulique 13. Le transporteur Il délivre le liant dans une bascule 14 qui délivre, par l'intermédiaire d'une trappe commandée par un vérin hydraulique 15, la quantité de ciment nécessaire pour effectuer un mélange de caractéristiques données. Les agrégats sont contenus dans une ou plusieurs trémies de stocakge 16 ayant chacune à leur base une trappe 17, commandée par un vérin hydraulique 18, chaque trappe des trémies de stockage débouchant au-dessus de l'ouverture d'une bascule à agrégats 19, laquelle comporte à sa base une trappe 20, commandée par un vérin hydraulique 21, pour délivrer, dans la cuve du malaxeur, une quantité prédéterminée d'agrégats. Suivant une caractéristique essentielle de l'invention, le rotor 3 du malaxeur est entraîné par un moteur hydraulique 22 dont le mode de fonctionnement sera expliqué plus loin. Le malaxeur 1 est complété par un dispositif de vidange rapide 23 dont le détail de fonctionnement sera expliqué en référence aux figures 6 et 7. Enfin, le malaxeur 1 est alimenté en eau de façon automatique par un dispositif de distribution 24 dont le fonctionnement est asservi à une valeur de pression affichée sur un manomètre 25 de haute précision en relation par l'intermédiaire d'un conduit 26 avec la chambre decompression du fluide qui alimente les pistons du moteur hydraulique 22. Le manomètre 25 est complété, sur un pupitre de commande 27, par un compte-tours 28 et un organe de programmation 29 des vitesses de rotation du rotor 3 du malaxeur 1. L'ensemble des organes de fonction de l'installation est mis en action à partir d'un seul générateur de fluide sous-pression 30, ce générateur étant lui-même entraîné, soit par l'intermédiaire d'un moteur électrique 31, ou par l'intermédiaire d'un moteur thermique non représenté. En référence à la figure 2, on note que le rotor du malxeur, portant les pales de mélange 5, est entraîné en rotation par le moteur hydraulique 22 qui est solidaire du rotor 3. La chambre de compression 221 du fluide qui alimente les pistons 222 du moteur hydraulique est reliée au manomètre 25 de haute précision pour obtenir une lecture directe et précise de la valeur du couple absorbé pendant le malaxage, afin d'utiliser cette donnée pour définir la consistance plastique du mélange.En accouplant au rotor un moteur hydraulique, solidaire des pales de mélange, il est possible de contrôler la puissance utilisée sans aucun paramètre de correction intermédiaire. il est ainsi possible de mesurer les efforts sur les pales d e malaxage,puisque ceux-ci sont proportionnels à la pression nécessaire pour mettre le rotor en mouvement. A vitesse constante du rotor, le manomètre 25 suit les variations de pression et sa lecture directe permet d'interpréter directement ces informations en vue de les rapprocher des résultats constatés par le test d'écrasement au démoulage d'un cône normalisé selon les données d'un cahier des charges de l'Administration des Ponts et Chaussées. Ces tests permettent, en prélevant des éprouvettes, de vérifier la résistance mécanique à l'écrasement du mélange et d'en contrôler la consistance plastique. En référence à la figure 2, et selon un mode d'exécution de l'invention, il est prévu sur le conduit 26 qui relie la chambre de pression 221 du moteur hydraulique 22 au manomètre 25, une dérivation 261 connectée à une soupape pilotée 262 dont l'organe obturateur sous la forme d'piston 263 est chargé par un ressort 264 à tarage réglable. Le piston 3 263 déplace une tige 265 reliée à une aiguille 266 se déplaçant devant l'échelle graduée 26 d'un cadran 268 pour l'affichage 7 de la pression correspondant au couple résistant fonction de la plasticité du mélange malaxé. La soupape pilotée 262 est normalement ouverte pour alimenter en fluide haute pression un moteur hydraulique 241 d'entraînement d'urepompe à eau 242. Le piston 263 de la soupape 262 obture l'arrivée de fluide 3 haute pression lorsque la valeur de la pression du fluide dans la dérivation 261 est égale ou supérieure à la poussée du ressort taré 264 de ladite soupape. Lorsque le malaxage est en cours, on peut lire sur le manomètre 25 un couple qui augmente progressivement jusqu'à se stabiliser. A cet instant, il est nécessaire d'ajouter de l'eau pour atteindre la plasticité demandée. L'introduction de l'eau se fait d'une façon très précise, continue et contrôlée, par l'intermédiaire de la mise en action de la pompe à eau 242. La prédétermination de la pression nécessaire pour obtenir l'arrêt de fonctionnement de la pompe à eau est obtenue en comprimant, d'une certaine valeur, le ressort 264 qui est en opposition avec le fluide de la chambre 221 du moteur hydraulique. Suivant un autre mode d'exécution non représenté, l'interruption du débit d'eau peut se faire à l'aide d'une commande électrique. A cet effet, le manomètre 25 porte une aiguille à contact 251 manoeuvrée manuellement. Quand la pression est atteinte, l'aiguille du manomètre, sensible à la pression, touche l'aiguille de présélection 251, laissant ainsi passer le courant électrique dans un circuit de commande qui, par l'intermédiaire d'un relais, ferme une électrovanne sur le conduit d'alimentation en eau du malaxeur ou arrête le moteur électrique d'entraînement de la pompe à eau. Le dispositif de répartion d'eau dans le malaxeur figure 4 comprend une buse 32, disposée au niveau de chaque palette de mélange 5, afin d'obtenir une distribution d'eau dans le sillage des pales. Les buses 32 sont réunies par un conduit 33 à un collecteur 34, constitué d'un joint tournant, raccordé à un conduit d'arrivée d'eau 35, disposé dans l'axe de rotation du rotor. Par ce mode de,construction, on obtient une répartition rapide et uniforme de l'eau, ce qui est une condition excessivement importante pour réduire au maximum le temps de l'intégration-complète de l'eau dans le mélange. Par expérience, il a été constaté qutil faut environ une dizaine de secondes pour intégrer l'eau si l'arrivée d'eau est en un point fixe de la cuve du malaxeur. Dans la disposition de l'invention, le mouillage du mélange se fait à coeur du malaxage et non en surface. Suivant une caractéristique essentielle de l'installation (figure 5), l'entraînement par moteur hydraulique du rotor de malaxeur pourra se faire à vitesse variable. A cet effet, il suffira de faire varier le débit de fluide haute pression nécessaire à l'entraînement du moteur hydraulique. Ainsi, pour la puissance motrice qui est installée, le débit variable permet d'augmenter la vitesse de rotation lorsque les charges diminuent dans le malaxeur. Ainsi qu'il est représenté en figure 5, est prévu, entre l'entrée du circuit haute pression dans le moteur hydraulique 22 et la pompe haute pression 30, un variateur de débit 36. Grâce à cette disposition, on obtient un gain dans les plages d'utilisation du rotor de malaxeur et il est possible de réduire la puissance installée (dans le cas d'un moteur à explosion) tout en conservant un effDrt maximum égal et une vitesse égale ou supérieure. Le régulateur de débit 36 permet de réaliser la fonction Débit X pression = constante. Grâce à cette disposition, il est possible de provoquer une grande vitesse de rotation pour faire par exemple une émulsion d'un mélange d'eau, de ciment, de sable fin. Cette disposition constructive offre une nouvelle possibilité en garantissant l'hydratation totale des liants ciment et sable. Cette possibilité répond au souci des bétonniers de savoir si les masses en mouvement dans le malaxeur, particulièrement les masses de ciment, sont bien mouillées, afin d'obtenir la réaction chimique nécessaire. L'émulsion à grande vitesse linéaire étant rapidement terminée, le rotor descend progressivmenet en vitesse et à vitesse lente on procède à l'introduction des composants plus gros, tels que gravillons et cailloux. La vitesse de rotation lente est stabilisée, afin de pouvoir opérer les lectures sur le comportement de la consistance plastique du mélange, ainsi qu'il a été indiqué en début de description. Suivant une caractéristique constructive de l'invention (figures 6 et 7), le malaxeur 1 est pourvu d'un moyen de vidange rapide constitué par un écran de vidage 23 se présentant sous la forme d'une palette à génératrice courbe, disposée sur un bras du rotor du malaxeur, ladite palette pouvant occuper deux positions angulaires dans la cuve 2 du malaxeur, l'une représentée en traits pleins et parallèle au trajet de rotation, l'autre en traits discontinus, perpendiculaire à ce trajet. L'écran 23 est monté à cet effet sur un axe vertical 231, commandé en rotation par l'intermédiaire d'une biellette 232 et d'un vérin hydraulique 233 Pendant le temps de malaxage, l'écran se trouve placé dans le sillage des bras de malaxage et se présente sur chant.Pour l'action de vidange rapide, l'écran est sensiblement perpendiculaire à l'axe de son trajet afin de conduire le mélange vers une ou plusieurs trappes de vidange. Le vérin 233 qui actionne l'écran est solidaire, hydrauliquement, de la commande d'ouverture de la trappe de vidange, de sorte que, dès la fermeture de la trappe de vidange, l'écran reprend sa position de mélange. Ce dispositif de vidange rapide permet d'améliorer-les performances du malaxeur, car l'invention doit non seulement produïre un bon mélange, mais également le fournir dans un temps aussi court que possible. Il est à noter que dans les cycles d'opérations automatiques, le temps de vidange interdit toute autre manoeuvre. Grâce à ce dispositif, on réduit au maximum le temps de vidange, ce qui permet d'améliorer le rendement général de l'installation. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté - On pourra au besoin recourir à d'autres modes et à d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10) Installation de malaxage pour la fabrication du béton comprenant un malaxeur constitué d'une cuve et d'un rotor portant les pales de mélange, des moyens de stockage et d'introduction du liant et des agrégats dans le malaxeur, des moyens d'introduction d'eau et des moyens de vidange rapide du malaxeur, installation caractérisée en ce que le rotor du malaxeur, portant les pales de mélange, est entraîné en rotation par un moteur hydraulique attaquant directement le rotor, la chambre de compression du fluide qui alimente les pistons du moteur hydraulique étant reliée à un manomètre de haute précision pour obtenir une lecture directe et précise de la pleur du couple absorbé pendant le malaxage, ladite chambre de pression du moteur hydraulique étant en outre reliée à des moyens agissant sur les moyens d'introduction d'eau dans la cuve du malaxeur, en fonction de la valeur dudit couple résistant correspondant à un taux de plasticité du mélange. 20) Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'il est prévu sur le conduit qui relie la chambre de pression du moteur hydraulique au manomètre une dérivation connectée à une soupape pilotée soumise à l'action d'un ressort à tarage réglable, normalement ouverte pour alimenter en fluide haute pression un moteur hydraulique d'entrainement d'une pompe à eau, ladite soupape étant commandée automatiquement en fermeture lorsque la valeur de la pression du fluide dans ladite dérivation est égale ou supérieure à la poussée du ressort préalablement taré. 30) Installation conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que la commande agissant sur les moyens d'introduction automatique d'eau dans le malaxeur est constituée par une aiguille de présélection, manoeuvrée manuellement et comprenant un contact électrique pour coopérer avec l'aiguille sensible à la pression du manomètre pour obtenir la fermeture d'un circuit électrique qui, par l'intermédiaire d'un relais, ferme l'organe de contrôle de distribution d'eau dans le malaxeur. 4 ) Installation conforme à l'une quelconque des revendications de 1 à 3, caractérisée en ce que le moteur hydraulique du malaxeur et les organes de commande délivrant les matériaux contenus dans les moyens de stockage, ainsi que les moyens de vidange du malaxeur, sont mis en action à partir d'un seul générateur de pression hydraulique. 50) Malaxeur pour une installation de fabrication de béton conforme à l'une quelconque des revendications de 1 à 3, malaxeur caractérisé en ce que, pour l'introduction d'eau dans le mélange, il est prévu, au niveau de chaque pale de mélange, une buse de distribution d'eau délivrant l'eau dans le sillage des pales, les buses étant réunies par l'intermédiaire de conduits à un collecteur-distributeur constitué par un joint tournant disposé dans l'axe de rotation du rotor. 60) Malaxeur conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de vidange rapide sont constitués par un écran de vidage, disposé sur un bras du rotor du malaxeur, l'écran pouvant occuper deux positions angulaires dans la cuve du malaxeur, l'une parallèle au trajet de rotation, l'autre perpendiculaire à ce trajet, les dites positions étant commandées hydrauliquement en fonction des positions des trappes de vidange. 70) Malaxeur conforme aux revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'il est prévu, en amont de l'alimentation de la chambre de pression des pistons du moteur hydraulique, un variateur de débit pour entrainer, à vitesse variable, le rotor du malaxeur.