Brevet FR2201235A1 — publié le 19740426

La présente invention concerne le transport des matériaux pondéreux, plus particulièrement les convoyeurs vibrants verticaux. L'invention peut être employée dans l'industrie chimique, les mines, la métallurgie, l'alimentation et les autres domaines de l'industrie, pour le transport vertical des matériaux pondéreux L'invention peut être utilisée avec le maximum d'avantages dans les cas où il est nécessaire de véhiculer les matériaux à une hauteur considérable tout en lesisolant du milieu ambiant On connaît des convoyeurs vibrants verticaux comportant une colonne cylindrique autour de la surface de laquelle est disposée une goulotte en hélice et qui est pourvue d'une commande à balourd fixée à ladite colonne par l'intermédiaire d'un système souple, ledit convoyeur prenant appui sur une fondation par l'intermédiaire d'amortisseurs, La colonne est constituée par une virole cylindrique soudée, sur laquelle est fixée la goulotte en hélice le long de laquelle sont véhiculés les matériaux. A la partie inférieure de la colonne se trouve un système souple reliant la colonne à la commande à balourd et comportant plusieurs lames-ressorts disposées sous un certain angle par rapport à l'axe de la colonne et équidistantes autour de sa surface, ainsi qu'unie série de parallélépipèdes rectangulaires. Ces parallélépipèdes sont montés suivant un cercle entre la colonne et la commande de telle façon que deux faces mutuellement opposées de chacun d'eux soient inclinées par rapport à l'axe de la colonne sous un angle égal à celui du positionnement des lames-ressorts. Sous le système souple est disposée la commande à balourd comportant deux vibrateurs à balourd à autosynchronisation montés sur deux côtés mutuellement opposés du dispositif servant à leur fixation, de telle façon que les axes des vibrateurs s'entre croisent en formant des angles égaux avec l'axe de la colonne Un tel positionnement des vibrateurs assure l'obtention d'une force d'excitation résultante et d'un couple orientés, respectivement, le long et autour de l'axe de la colonne. De cette façon, le convoyeur est constitué par un système oscillant à deux masses, qu'on règle en choisissant la rigidité du système souple pour un régime d'inter-résonance "atténuateur dynamique des oscillations", de telle façon que la commande n'oscille pas pendant le fonctionnement, tandis que la colonne oscille le long de son axe et autour de ce dernier pour assurer le déplacement orienté par vibration du matériau véhiculé à la surface de la goulotte. a valeur de la force d'excitation de la commande est choisie de façon à assurer une amplitude donnée des oscillations de la colonne, cette amplitude déterminant le débit du convoyeur Be rapport entre les forces d'inertie de la colonne au cours de ses oscillations et la force d'excitation de la commande est appelé coefficient d'amplification de la force d'excitation L'accrois- sement du coefficient d'amplification de la force d'excitation améliore les indices techniques et économiques du convoyeur, mais il ne doit pas provoquer une perte de stabilité de son régime de fonctionnement. L'inconvénient majeur de ces convoyeurs connus rédide dans le coefficient d'amplification relativement faible de la force d'excitation engendrée par les vibrateurs, ce qui nécessite l'utilisation de vibrateurs à force d'excitation élevée Un autre inconvénient de tels convoyeurs réside dans la faible hauteur d'élévation du matériau, qui est limitée par la résistance à la fatigue et la rigidité de la colonne par suite de l'application concentrée de la force d'excitation Encore un autre inconvénient réside dans la conception complexe du système souple et son encombrement relativement important par suite de la disposition des parallélépipèdes élastiques sous un certain angle par rapport à l'axe de la colonne. L'invention vise par conséquent un convoyeur dans lequel le coefficient d'amplification des forces d'excitation engendrées par la commande à balourd serait relativement élevé, ce qui permettrait d'utiliser des commandes relativement réduites, ou de véhiculer le matériau à une grande hauteur, tout en assurant une répartition plus régulière des charges dynamiques suivant la hauteur de la colonne. Cet objectif est atteint à l'aide d'un convoyeur vibrant vertical comportant une colonne cylindrique,autour de la surface de laquelle est disposée une goulotte en hélice et qui est pourvue d'une commande à balourd fixée sur elle par l'intermédiaire d'un système souple, ledit convoyeur prenant appui sur une fondation par l'intermédiaire d'amortisseurs et étant caractérisé, selon l'invention, en ce que sur la colonne sont montés une masse auxiliaire servant à amplifier les oscillations de la colonne engendrées par la commande à balourd, et un système souple relié à ladite masse et dont la structure est analogue à celle du système souple reliant la commande à balourd à la colonne, la rigidité des deux systèmes souples étant choisie de manière à satisfaire à la condition de fonctionnement du convoyeur en régime d' inter-résonance. Un convoyeur ainsi conçu permet de mieux utiliser la force d'excitation engendrée par la commande à balourd, ce qui améliore ses propriétés d'exploitation. I1 est préférable que le système souple reliant la commande à balourd à la colonne comprenne une série de parallélépipèdes rectangulaires constitués par un matériau élastique, répartis uniformément autour de la colonne et dont les deux plus grandes faces mutuellement opposées sont munies de plaques métalliques, dont 1 'une est fixée à un support situé à la partie inférieure de la colonne, l'autre étant fixée à la virole de la commande à balourd, le côté long de chaque parallélépipède étant orienté le long de l'axe de la colonne. I1 est également avantageux que le système souple reliant la masse auxiliaire à la colonne comprenne une série de parallélépipèdes rectangulaires constitués d'un matériau élastique, répartis uniformément autour de la colonne et dont les deux plus grandes faces mutuellement opposées sont munies de plaques métalliques, dont l'une est fixée à un collier entourant la colonne, l'autre étant fixée à la masse auxiliaire exécutée sous forme d'une virole, le côté long de chaque parallélépipède étant orienté le long de l'axe de la colonne. Une telle structure des systèmes souples permet de simplifier ces derniers et d'en réduire l'encombrement. I1 est en outre préférable que la masse auxiliaire montée sur la colonne soit située, par rapport à la commande à balourd, à une certaine distance choisie de manière à assurer des contraintes dynamiques minimales dans la colonne. Cela permet d'accroître la hauteur de la colonne, donc la hauteur d'élévation du matériau, sans accroître le diamètre de la colonne. il est en outre avantageux de partager la masse auxiliaire en deux parties fixées sur la colonne à une certaine distance l'une de l'autre de façon à assurer la répartition uniforme des contraintes dynamiques suivant la hauteur de la colonne. Une telle disposition des masses auxiliaires permet de réduire la quantité de métal nécessaire à la fabrication de la colonne. Ci-dessous est donnée la description détaillée d'exemples non limitatifs de réalisation de l'invention, avec références aux dessins annexés, qui représentent - la figure 1, une vue d'ensemble du convoyeur vibrant vertical conforme à l'invention; - la figure 2, idem, vue suivant la flèche A de la figure 1; - la figure 3, le système souple de la commande à balourd, vue en coupe suivant III-III de la figure 1; - la figure 4, le système souple de la masse auxiliaire vue en coupe suivant IV-IV de la figure 1; - la figure 5, une vue en coupe suivant V-V de la figure 4; - la figure 6, une vue en coupe suivant VI-VI de la figure 3; - la figure 7, le schéma de calcul du convoyeur; - la figure 8, la caractéristique amplitude-fréquence du convoyeur; ; - la figure 9, une vue d'ensemble d'un convoyeur vibrant vertical à deux masses auxiliaires, conformément à l'invention. le convoyeur vibrant vertical comporte une colonne cylindrique 1 à l'intérieur de laquelle est fixée en hélice une goulotte 2 à section en caisson. Le pas de l'hélice ainsi que la largeur et la haute-ur de la goulotte 2 dépendent de la nature du matériau transporté ainsi que du débit voulu du convoyeur. Le diamètre de la colonne 1 est choisi d'après ces indices A la partie inférieure de la colonne 1, à sa base, est fixée une bride 3 à laquelle est assemblé un support 4 Sur le support 4 est monté un système souple 5 reliant la commande à balourd 6 à la colonne. le système souple 5 comporte une série d'éléments souples 7 constitués chacun par un parallélépipède rectangulaire 8, par exemple en matériau élastique, sur les deux plus grandes faces mutuellement opposées duquel sont fixées des plaques métalliques 9. Ces éléments sont disposés uniformément autour de la colonne, de façon que le côté long de chaque parallélépipède 8 soit orienté le long de l'axe de la colonne 1. Le support 4 est exécuté sous forme d'un élément à pans multiples sur les faces duquel les plaques métalliques 9 maintiennent les éléments souples- 7. La commande à balourd 6 comporte une virole 10 se présentant elle aussi sous forme d'un élément à pans multiples et enveloppant les éléments souples 7 fixés sur ses faces intérieures par l'intermédiaire des plaques métalliques 9. Sur l'extérieur de la virole 10 sont disposées deux brides 11 diamétralement opposées portant des vibrateurs à balourd 12 et 13 constituant des générateurs d'oscillations à inertie formés par des moteurs asynchrones à l'extrémité des arbres desquels sont montées respectivement les masses de balourd 14. les axes des vibrateurs 12 et 13 sont montés sous un certain angle par rapport à l'axe de la colonne 1 de pàrt et d'autre de celle-ci. l'angle de positionnement des vibrateurs 12 et 13 dépend de l'angle de vibration, du rapport de masse et du couple d'inertie de la colonne 1, ainsi que de la distance 1 entre les axes des vibrateurs 12 et 13. La virole 10 comporte à sa partie inférieure des ouvertures rectangulaires équidistantes disposées suivant son pourtour et prévues pour permettre le remplacement des éléments souples 7 mis hors d'usage. Sur la face inférieure de la virole 10 est fixée une bride 15 reposant par l'intermédiaire d'un ressort 16, remplissant le rôle d'un amortisseur, sur une plaque d'appui inférieure 17, montée sur la fondation (non représentée) du convoyeur. les ressorts 16 supportent le poids du convoyeur et s'opposent à la transmission de ses oscillations à la fondation. Sur la colonne 1, à une certaine distance de la commande à balourd 6, se trouve une masse auxiliaire 18, prévue pour amplifier les oscillations de la colonne 1 engendrées par la commande à balourd 6 La distance entre la masse auxiliaire 18 et la commande à balourd 6 est choisie de manière à assurer des contraintes dynamiques minimales dans la colonne 1. La masse auxiliaire 18 est exécutée sous forme de deux demi-viroles massives assemblées l'une à l'autre par des boulons. La surface intérieure des demi-viroles comporte des faces planes auxquelles sont fixés des éléments souples 7 du meme genre que ceux utilisés dans le système souple 5 de la commande à balourd 6. De l'autre côté,ls éléments souples 7 sont fixés à un collier 19 monté sur des plots 20 de la colonne 1.Pour éviter une chute éventuelle de la masse auxiliaire 18 en cas de destruction des éléments souples 7, on a prévu des cabales de sécurité 21 dont un bout est attaché aux demi-viroles de la masse auxiliaire 18, et l'autre, à un collier 22 fixé sur la colonne 1. Suivant un autre mode de réalisation du convoyeur, la masse auxiliaire 18 est partagée en deux masses 23 et 24 disposées sur la colonne 1 et séparées l'une de l'autre par une distance choisie de manière à assurer une répartition plus uniforme des contraintes dynamiques suivant la hauteur de la colonne 1. La fixation des masses auxiliaires 23 et 24 et de leurs systèmes souples est analogue à celle décrite plus haut pour la masse auxiliaire 18. le poids total des deux masses auxiliaires 23 et 24 assi que la rigidité totale de leurs systèmes souples sont égaux au poids et à la rigidité du système souple de la masse auxiliaire 18. Sur la face en bout supérieure de la colonne est monté un ressort 25 par l'intermédiaire duquel la colonne s'applique sur une poutre supérieure 26 reliée aux éléments d'appui (non représentés sur les dessins) du convoyeur. Pour prévenir la chute de la colonne 1 en cas de rupture du ressort 25, on a prévu des cabales de sécurité 27 dont les extrémités sont attachées à la face supérieure de la colonne 1 et de la poutre 26. le chargement du matériau à transporter sur la goulotte 2 s'opère par l'intermédiaire d'une tubulure inférieure 28, et son déchargement, par une tubulure supérieure 29, montées sur la colonne 1. Aux extrémités des tubulures 28 et 29 sont placées des garnitures d'étanchéité 30 en caoutchouc, prévues pour le raccordement du convoyeur aux dispositifs débitant et prélevant le matériau transporté. De cette façon, le convoyeur est constitué par un système oscillant à trois masses, dont les oscillations entretenues longitudinales et de torsion (en l'absence de résistance et en supposant que les masses oscillantes sont absolument rigides) s'expriment par les équations différentielles suivantes m1Z1 + C1Z1 - C2Z2 + C2Z1 - Fvsin#t m2Z2 + C2Z2 - C2Z1 - C3Z3 + C3 Z2 = 0 m3Z3 + C3Z3 - C3Z2 = 0 1 + k14 k2f2 + k29 P FlsinSt 12 + k2X2 ~ -kÂ3 +k32 = 0 I3 + k k323 - k3*2 33 32 où z1, Z2' z3 sont les déplacements respectifs de la commande, de la colonne et de la masse auxiliaire le long de l'axe z; #1,#2,#3, les déplacements angulaires respectifs de la commande, de la colonne et de la masse auxiliaire autour de l'aie Z: m1, m2, m3, les masses respectives de la commande, de la colonne et de la masse auxiliaire; c1, c2, C3, les rigidités longitudinales respectives des ressorts d'appui, du système souple de la commande et du système souple de la masse auxiliaire; k1, k2, k3, les rigidités de torsion respectives des ressorts d'appui, du système souple de la commande et du système souple de la masse auxiliaire; li, I , I3, les couples d'inertie respectifs, par rapport à l'axe z, de la commande, de la colonne et de la masse auxiliaire; 1, la distance entre lesvibrateurs; ; w , la fréquence d'oscillation du convoyeur; t, le temps; Fh, la composante horizontale de la force d'excitation; Pv, la composante verticale de la force d'excitation La résolution de ces équations montre que le système implique six fréquences d'oscillations propres : trois pour chacune des composantesdes oscillations, qui correspondent à six résonances des oscillations entretenues. Sur la figure 8 est représentée la caractéristique amplitudefréquence du système suivant la composante verticale des oscil Pistions. la caractéristique amplitude-fréquence des oscillations de torsion se présente sous une forme analogue le système est réglé pour un régime de fonctionnement en inter-résonance entre la deuxième et la troisième résonance, où l'amplitude Avî des oscillations de la commande à balourd 6 est presque nulle, ce qui assure une grande longévité des paliers des vibrateurs 12 et 13, ainsi qu'une réduction de l'action dynamique du convoyeur sur la fondation, tandis que l'amplitude AV2 des oscillations de la colonne 1 et l'amplitude Av3 des oscillations de la masse auxiliaire 18 sont comprises dans la zone la plus stable de la caractéristique amplitude-fréquence. Pour procéder à l'étude d'un convoyeur, la fréquence & et l'amplitude A2 des oscillations de la colonne 1 sont données d'avance. En général, on prédétermine également l'angle de vibration i 1 mesuré entre l'horizontale et ladirection des oscillations de la goulotte 2 sur son rayon médian R . Le facteur m déterminant pour le choix de ces paramètres est le débit du convoyeur.Les paramètres de calcul du convoyeur sont les valeurs des masses oscillantes, la force d'excitation du vibrateur et la rigidité de tous les systèmes souples du convoyeur Les paramètres mentionnés peuvent etre déterminés d'après les conditions d'équilibre des forces appliquées à chacune des masses oscillantes En considérant que la rigidité des ressorts d'appui 16 est d'ordinaire plusieurs fois inférieure à celle des systèmes souples de la commande 6 et de la masse auxiliaire 18, c'est-à-dire c1 4 c2, O3 et k1 k2, k3, et en respectant la condition d'équilibre des forces appliquées à la commande 6, les expressions pour la détermination de la rigidité c2, k2 prennent les formes suivantes où Xv et Kh sont les coefficients d'amplification respectifs de la force d'excitation et du couple, déterminés par les expressions suivantes D'après l'équilibre considéré des forces appliquées à la colonne 1, on détermine la rigidité du système souple reliant ce dernier à la masse auxiliaire 18 où les rapports entre les valeurs des amplitudes verticales des oscillations de la masse auxiliaire 18 et de la colonne 1 AV/Av2 et horizontales Ah3/Ah2 sont choisis de manière à respecter la condition de la déformation admissible des éléments souples 7, allant jusqu'à leur destruction. les paramètres de la masse auxiliaire 18 sont déterminés de manière à satisfaire à la condition d'équilibre des charges qui y sont appliquées Dans la construction proposée du convoyeur, le coefficient d'amplification k de la force d'excitation engendrée par les vibrateurs 12 et 13 est de l'ordre de 2,5 à 3,5 Le convoyeur fonctionne de la façon suivante.Lorsque les vibrateurs 12 et 13 sont mis enmarche et que s'établit leur régime de rotation synchrone et en phase, simultanément sont engendrées des oscillations longitudinales et de torsion de la colonne 1, de telle façon que l'oscillation résultante de la goulotte 2 fixée à l'intérieur de la colonne est orientée sous un certain angle par rapport à sa surface de transport. le matériau amené à la goulotte 2 par l'intermédiaire de la tubulure de chargement 28 est déplacé sous l'action des oscillations orientées de la goulotte 2, et s'élève vers la tubulure de déchargement 29 Pendant le fonctionnement la commande à balourd 6 reste pratiquement immobile, tandis que la masse auxiliaire 18 effectue des oscillations longitudinales et de torsion en opposition de phase avec la colonne 1, le long de son axe et autour de ce dernier. Sur la colonne 1, du côté de la masse auxiliaire 18, agit alors une force d'excitation supplémentaire et un couple d'excitation, ce qui permet de réduire la force d'excitation nécessaire de la commande à balourd 6, d'atténuer les charges dynamiques sur la colonne 1, d'accroitre la hauteur de transport du matériau ainsi que le débit du convoyeur le réglage inter-résonance du convoyeur assure la stabilité de son régime de fonctionnement Bien entendu, 1.'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu 'à titre d'exemple En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent REVENDICATIONS 1.- Convoyeur vibrant vertical, du type comportant une colonne cylindrique, autour de la surface de laquelle est disposée une goulotte en hélice et qui est pourvue d'une commande à balourd fixée sur elle à l'aide d'un système souple, ledit convoyeur prenant appui sur une fondation par l'intermédiaire d'amortisseurs, caractérisé en ce sur la colonne sont montés une masse auxiliaire servant à amplifier les oscillations de la colonne engendrées par la commande à balourd, et un système souple relié à ladite masse et dont la structure est analogue à celle du système souple reliant la commande à balourd à la colonne, la rigidité des deux systèmes souples étant choisie de manière à satisfaire à la condition de fonctionnement du convoyeur en régime d'inter-résonance. 2.- Convoyeur vibrant vertical suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le système souple reliant la commande à balourd à la colonne comporte une série de parrallélépipèdes rectangulaires constitués par un matériau élastique, répartis uniformément autour de la colonne et dont les deux plus grandes faces mutuellement opposées sont munies de plaques métalliques, dont l'une est fixée à un support situé à la partie inférieure de la colonne, l'autre étant fixée à la virole de la commande à balourd, le côté long de chaque parallélépipède étant orienté le long de l'axe de la colonne. 3.- Convoyeur vibrant vertical suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le système souple reniant la masse auxiliaire à la colonne comporte une série de parallélépipèdes rectangulaires constitués par un matériau élastique, répartis uniformément autour de la colonne et dont les deux plus grandes faces mutuellement opposées sont munies de plaques métalliques dont l'une est fixée à un collier entourant la colonne, l'autre étant fixée à la masse auxiliaire, réalisée en forme de virole, le côté long de chauqe parallélépipède étant orienté le long de l'axe de la colonne 40- Convoyeur vibrant vertical suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la masse auxiliaire montée sur la colonne est située, par rapport à la commande à balourd à une certaine distance choisie de manière que les contraintes dynamiques apparaissant dans la colonne soient réduites au minimum. 50- Convoyeur vibrant vertical suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la masse auxiliaire précitée est partagée en deux masses fixées sur la colonne à une certaine distance l'une de l'autre de façon à assurer la répartition uniforme des contraintes dynamiques suivant la hauteur de la colonne.