Brevet FR2589543A1 — publié le 19870507

L'invention concerne les courroies ou les sangles, et, plus parti- culièrement, les courroies transporteuses élévatrices. Elle est relative à une méthode et à un dispositif de jonction des extrmi- tés de courroies, soit pour en accroître la longueur, soit pour réaliser une mise en sans fin par bouclage de la courroie sur elle-même, qui s'avère fiable en cours de fonctionnement. Le dis- positif d'agrafage ainsi que le procédé seront décrits ci-après, à titre d'exemple, dans l'application à une courroie pour élévateur, étant entendu qu'ils ne sont pas limités à cet emploi. Une méthode classique de jonction des extremités de courroies consiste en un fonctionnement à chaud, après avoir procédé à une imbrication des extrémités du matériau de renforcement. Diverses formes de ces techniques de jonctionnement à chaud sont décrites dans de nombreux brevets tels que DE 1165354 de Franz Clouth Rheinische Gummiwarenfabric, FR74.03141 et DE 907996 de Contirehtal Gummi-Werke, FR 1395634, FR 1582190 et FR 1440605 de Pneumatiques, Caoutchouc Manufacturé et Plastiques Kléber Colombes, US 173686 de Goodyear Tire and Rubber. Une méthode est préconisée dans la norme allemande DIN 22131. Une autre méthode est décrite, par M.Gozdiff de Goodyear dans une conférence intitu- lée "Factors relating to vulcanized splice reliability for steel cable reinforced conveyor belting", présentée au 125ème meeting of the Rubber Division, American Chemical Society, à Indianapolis, du 8 au 11 mai 1984. Enfin, un article de H.P.Lachmann intitulé "A survey of present-day conveyor belt technology", publié dans "Bulk solids handling", volume 4, numéro 4, de décembre 1984 fait"le point des différentes technologies utilisables. Des exemples sont illustrés sur la figure 1, relative à l'art an- térieur dans le jonctionnement à chaud. Il existe cependant, des conditions qui rendent inapplicables les techniques de jonction- nement à chaud: par exemple, la longueur d'une telle jonction peut etre incompatible avec la place disponible dans la gaine ou à c8té de l'élévateur, ou encore la résistance mécanique peut de- venir insuffisante pour garantir un fonctionnement sans incident de l'élévateur, si la température des produits transportés ou cel- le des gaz qui circulent dans la gaine est supérieure à 100 QC. En effet, dans le cas d'une imbrication des cables métalliques, la liaison entre les deux extrémités de courroie(s) est assurée par le mélange de caoutchouc séparant les extrémités des cables. Or, il est connu que lorsque la température croit, les propriétés mé- caniques des mélanges à base d'élastomères diminuent et il en est de m9me des forces de liaison entre le caoutchouc et le métal; en conséquence, la résistance à la traction d'une telle jonction dé- croit lorsque la température s'élève. Compte tenu des risques encourus avec une jonction par collage à chaud et imbrication des cables métalliques, les techniciens de la manutention ont proposé de remplacer la liaison par collage par une liaison mécanique visant à serrer l'une contre l'autre les deux extrémités de courroie(s). Ces techniques sont désignées par le terme "d'agrafage" et sont décrites, par exemple, dans le bre- vet FR 1320222 de Pneumatiques, Caoutchouc Manufacturé et Plasti- ques Kléber Colombes ou dans les publicités des sociétés spéciali- sées telles que Goro ou Flexco. L'effort de compression est assuré par des joues métalliques que traversent des boulons de serrage. Le principe appliqué dans la jonction des extrémités de courroie(s) par voie mécanique est théoriquement plus satisfaisant que le fonctionnement par collage à chaud mais l'analyse des phénomènes qui accompagnent la mise en service de ce type de dispositifs démontre que la sécurité de fonctionnement n'est que peu améliorée. En effet, sous l'effort de traction exercé sur les deux extrémités de la courroie, les pla- ques latérales ont tendance à s'écarter l'une de l'autre. Pour remédier à ce défaut, on utilise, généralement, deux lignes de boulons pour assurer le serrage des plaques, la ligne de boulons placée le plus près de la zone de tension étant destinée à limiter le déplacement des plaques. La figure 2, relative à l'art antérieur dans la technique d'agra- fage, permet d'expliquer les modifications qui interviennent, en fonctionnement, au niveau de la répartition de la pression sur les e>:tr#mités de la courroie. Lors du serrage initial du dispositif d'agrafage. la pression est répartie uniformément sur l'ensemble des deux extrémités serrées. A la mise en service, il se produit un déplacement des pièces la- térales qui tend à diminuer la pression dans la zone X et à l'aug- menter dans la zone Y. Sous l'effet de l'accroissement de pres- sion, le mélange de caoutchouc qui se trouve dans la zone Y a ten- dance à Etre chassé et flue c'est-à-dire qu'il y a déplacement du caoutchouc des zones les plus comprimées vers les zones les moins comprimées. Ce fluage a pour effet de favoriser encore le rappro- chement des plaques de serrage dans la zone Y, ce qui accentue le phénomène. A l'appui de cette analyse, on constate couramment que la seconde ligne de boulons est totalement desserrée ce qui prouve que l'ef- fort de pression exercé sur les extrémités de courroie(s) n'est pas dG aux boulons mais à un mouvement de rotation des plaques de serrage. Comme dans la zone X, l'effort de serrage a notablement baissé, la tenue d'une telle agrafe n'est due qu'à la retenue des cables métalliques dans la zone Y et aux forces de frottement existant dans la zone X entre la courroie et chacune des plaques de serrage. Après desserrage de la zone Y, l'examen des extrémités de courroie(s) dans ladite zone montre que l'effort de tension est tel qu'il y a destruction locale du mélange caoutchouc et de la liaison entre le caoutchouc et les cables métalliques. De ce fait, la tenue d'une telle agrafe devient très problématique surtout lorsque vient s'ajouter à cet effet mécanique celui de la tempéra- ture. Il est, en effet, bien connu que l'augmentation de tempéra- ture accélère et facilite le fluage des mélanges à base d'élasto- mères et diminue la force de la liaison entre lesdits mélanges et les cables d'acier. Pour pallier ce défaut, on peut essayer de renforcer la pression exercée par les plaques latérales par un blocage des extrémités des cables métalliques. Le brevet DE 2341992 de Bernhard Beumer Maschinenfabrik décrit une telle solution, dans laquelle chaque cable métallique est dénudé à son extr'mité de son enrobage de caoutchouc et ladite extrémité est inserrée dans un dispositif de serrage par vis. Une telle technique, longue et délicate à mettre en oeuvre, présente, en outre, un risque du fait de la conception de la zone de serrage du cable. En effet, si la pression de serrage n'est pas contr8lée, il 4- existe un risque certain de couper le cable, ce qui réduirait à néant l'effet escompté. De plus, sous l'effet des vibrations et de la température, les vis ont tendance à se desserrer et nécessitent donc une surveillance constante. Une solution différente, utilisée notamment pour assurer le bloca- ge des cables de prétension des structures précontraintes, consis- te à dénuder les extrémités des cables métalliques, à détoronner, c'est à dire à détruire l'enroulement des brins constitutifs, pour en épanouir l'extrémité et à couler, autour, un métal à bas point de fusion. Cette technique présente une grande fiabilité lors- qu'elle est utilisable; en effet, la coulée du métal en fusion nécessite la mise en position verticale de l'agrafe, ce qui impli- que, soit que l'on puisse déplacer l'un des tambours de l'éléva- teur -ce qui n'est pas toujours possible- soit que l'on puisse placer l'agrafe au sommet de l'élévateur, mais la coulée d'un mé- tal en fusion, sur des extrémités de cables métalliques, à une hauteur de plusieurs dizaines de mètres est alors délicate, voire dangereuse. En outre, un tel dispositif est pratiquement indémon- table ce qui ne facilite pas les opérations d'entretien de l'élé- vateur ou de remplacemnet de la courroie. L'invention a donc pour objet un dispositif d'agrafage pour la jonction de courroies, et, plus particulièrement, de courroies pour élévateurs à godets, comportant un renforcement en textile synthétique ou en cables métalliques. L'invention a également pour objet le procédé de réalisation de jonctions utilisant le dispositif décrit et l'application à une courroie transporteuse élévatrice. Le dispositif d'agrafage objet de l'invention permet de réaliser, par une méthode aussi simple que les jonctionnements convention- nels et en toute sécurité puisque sans manipulation de produits chauds ou de colles ni d'équipement de chauffage, une jonction entre deux extrémités voisines de deux courroies pour obtenir une courroie plus longue ou entre les deux extrémités d'une même cour- roie pour obtenir un article "sans fin" prat à fonctionner sur un convoyeur ou un élévateur. Le dispositif, qui ne nécessite qu'une préparation simplifiée des extrémités, agit d'une part par blocage par l'intermédiaire d'une -5boucle réalisée autour d'un noyau de blocage, d'autre part par un serrage mécanique desdites extrémités sur la plus grande longueur possible. Ce dispositif d'agrafage comporte, d'une part, deux plaques cen- trales, uniquement destinées au montage et servant à l'appui des extrémités de courroie(s), sur lesquelles viennent se fixer, dans la partie haute, deux coins de montage permettant la mise à l'équerre de l'ensemble, d'autre part, deux noyaux de blocage per- mettant de réaliser des boucles avec les extrémités de courroie(s) et, enfin, deux pièces latérales de serrage munies chacune d'une articulation à rotule. Ce dispositif agit comme une pince auto-serrante, à basculement, au moyen de ses différentes pièces constitutives, les pièces laté- rales de serrage venant serrer la courroie au moyen de boulons traversants. Les caractéristiques et variantes de l'invention seront mieux comprises à la lecture de la description ci-après et en se réfé- rant aux dessins, dans lesquels, après les figures 1 et 2 illus- trant l'art antérieur, -la figure 3 représente le dispositif d'agrafage utilisé pour la jonction de deux courroies ou la mise en sans fin d'une courroie, -la figure 4 détaille certains des éléments constitutifs d'une réalisation particulière du dispositif d'agrafage, -la figure 5 explique le montage de la courroie sur le dispositif d'agrafage, -la figure 6 illustre le procédé de jonctionnement utilisant le dispositif d'agrafage objet de l'invention, -la figure 7 montre une disposition particulière permettant d'amé- liorer la qualité de la jonction, -la figure 8 explique le principe de fonctionnement par auto- serrage du dispositif d'agrafage objet de l'invention. La figure 3 montre le dispositif d'agrafage en position d'assem- blage, qui est constitué des éléments suivants: -2 plaques centrales d'appui 1 sur lesquelles viendront se fixer mécaniquement par le dispositif 10, deux coins 2 pour le montage et la mise à l'équerre de la courroie, -2 noyaux de blocage 3, de section généralement cylindrique, -6 - -et 2 pièces latérales de serrage 4 munies d'une articulation à rotule 5. Toutes les pièces constitutives du dispositif d'agrafage peuvent Etre réalisées en acier, ce qui conduit pour l'agrafe à un poids total de 80 kg environ par mètre de longueur. Un allégement important est obtenu en réalisant les noyaux de blocage 3 et les plaques centrales d'appui 1, en matériau de den- sité inférieure, telle que du duralumin, un matériau composite à matrice rigide ou un mélange à base de caoutchouc renforcé de charges ou de fibres textiles ou métalliques. Dans le cas d'uti- lisation de duralumin, le poids de l'agrafe est ramené à 59 kg environ par mètre-de longueur, ce qui accroît l'intérêt de ce type d'agrafage au niveau du bilan énergétique du transporteur. La figure 4 détaille certains des éléments constitutifs d'une réalisation particulière du dispositif d'agrafage. Sur la vue 4 a est représentée l'une des plaques centrales 1 avec dans sa partie supérieure, un trou 6 pour la fixation mécanique des coins de montage et de mise à l'équerre et, dans sa partie inférieure, un trou 7 pour le passage des boulons traversants avec un évidement 8 qui permettra l'expansion du revêtement de caout- chouc au voisinage de la zone de serrage par les boulons traver- sants et, dans le même axe, un trou 31 pour le maintien de la boucle avant serrage. Sur la vue 4b est représenté l'une des formes possibles des coins de montage et de mise à l'équerre 2 qui comporte un trou 9 qui permettra la fixation de la courroie entre le coin 2 et la plaque centrale d'appui 1. Les trous 6-de ladite plaque 1 et 9 du coin de montage et de mise à l'équerre 2 recevront le dispositif d'assem- blage 10 de la figure 3. Dans l'exemple illustré, le coin de montage et de mise à l'équerre 2 est constitué d'une pièce en L 11 o l'angle A est de 900 et d'un élément de base 12 soudé percé du trou taraudé 9 pour la fi- xation avec la plaque centrale d'appui 1. Sur la vue 4c est illustrée en coupe une réalisation particulière de l'une des pièces latérales de serrage 4, composée d'un raidisseur 13 et d'une t8le de répartition de serrage 14 sur la- quelle est fixée, par soudure, le support de rotule 15. La pièce latérale de serrage 4 comporte un trou 16 pour le passage des bou- lons traversants et un évidement 17 pour permettre l'expansion du revêtement de caoutchouc au voisinage de la zone de serrage par le boulon traversant. Sur les vues 4d et 4e est illustré, en coupe, le dispositif de rotule 18 qui viendra s'inserrer dans le support de rotule 15 de la pièce latérale de serrage 4. Il est constitué d'un demi cy- lindre 19 comportant deux épaulements 20 de positionnement latéral et est percé d'un trou 21 pour le passage des boulons traversants. La figure 5 illustre le principe de montage du dispositif d'agrafage sur une extrémité de courroie, unitairement, dans le transporteur ou en dehors. L'opération commence par la réalisation de la boucle. Pour ce faire, l'extrémité 22 de la courroie 23 à assembler est amenée en appui sur la plaque centrale 1, le coin de montage et de mise à l'équerre 2 est fixé au moyen des éléments mécaniques 10 sur ladite plaque centrale au travers de l'extrémité 22 de la courroie. Le noyau de blocage 3 est alors placé contre le coin de montage 2 et la boucle est formée autour dudit noyau de blocage, à l'aide d'un outil de formage. La pièce de serrage 4 est mise en place et maintenue à l'aide de serre-joints sur la pièce centrale 1, puis fixée par des vis et écrous de montage 31. La figure 6 illustre le procédé de jonctionnement de la courroie qui utilise le dispositif d'agrafage objet de l'invention. Après réalisation des boucles formées en appui sur les pièces centrales 1, les deux pièces sont placées dos à dos et serrées mécaniquement par les boulons traversants 24. L'expansion des revêtements en caoutchouc lors de l'introduction dans la courroie des boulons traversants 24, vient se placer dans les évidements 8 des plaques centrales d'appui 1 et 17 des plaques latérales de serrage 4. Un couvre-joint élastique 25, en-caoutchouc comportant des renfor- cements textiles ou métalliques, est ajouté au dispositif d'agra- fage pour permettre le passage sur les rouleaux et tambours sans choc et, en plus, sans bruit. Afin que les extrémités 22 de courroie(s) à assembler puissent s'enrouler sans contrainte excessive autour des noyaux de blocage -8- 3, lesdits noyaux doivent posséder un diamètre suffisant. La va- leur minimale n'est pas critique avec une courroie à renforcement textile qui est assez souple mais, pour une courroie dont le ren- forcement est constitué de cables métalliques, le diamètre desdits S noyaux de blocage 3 doit Utre au moins égal à 16 fois le diamètre des cables métalliques et, préférentiellement, 20 fois. Afin d'éviter une pollution par des poussières ou des attaques chimiques, il est possible de terminer le jonctionnement par la pose d'un couvrejoint d'extrémité 27 placé sur une feuille de matériau isolant 28, cellulaire par exemple, et fixé sur la cour- roie 23 au moyen d'un dispositif de serrage mécanique 29. Pour étendre cette protection contre la pollution à l'ensemble de la zone de jonction, il est possible de disposer à la partie supé- rieure du dispositif un capot.(non représenté), le plus souvent réalisé en tôle, et de compléter l'étanchéité par la pose d'un mas- tic ou de toute matière malléable. Il est possible, afin d'augmenter la résistance mécanique, donc l'efficacité de la jonction, en limitant le nombre des ruptures des éléments de renforcement dans la zone de passage des boulons, de disposer, lors du montage, lesdits éléments de renforcement 26 de manière à ce qu'ils soient déviés de leur trajectoire initiale autour de la tige desdits boulons 24 comme schématisé sur la figur 7. Cette opération s'effectue au moyen d'un outil adapté, par exemple du type à embout conique. La vue 7a illustre la déviation des éléments de renforcement lors- que ledit renforcement est constitué de cables textiles ou de ca- bles métalliques 26, initialement parallèles, pour former une nappe. La vue 7b représente le même phénomène dans un élément de renfor- cement comportant une trame 26 composée de textile ou de cables métalliques et une chaîne 32 également constituée de textile ou de cables métalliques. La déviation des fils se produit, alors, lon- gitudinalement sur la trame 26 et transversalement sur la chaîne 32. La figure 8 permet de comprendre le principe et le fonctionnement du système d'auto-serrage. -9- La vue Sa montre la composition des forces. La force de traction Ft qui agit sur le corps de la courroie, engendre par rapport au point E une force de réaction Fr. La vue 8b illustre le meme phénomène sur une demie-vue de lagra- fage. La force de traction Ft qui agit sur le corps de la courroie 23 entraine une compression schématisée par les forces Fc dans l'extrémité de la courroie 22 qui tend à rapprocher les 2 parties de la courroie grâce à son dispositif à rotule 5, la pièce latéra- le de serrage 4 vient alors, par basculement autour du point E, exercer une force d'appui Fr sur le retour de boucle de la cour- roie 30 ce qui engendre une série de forces fl, f2i f3... progres- sivement croissantes jusqu'au point G d'appui de l'extrémité de la courroie sur la plaque centrale i provoquant, de ce fait, un auto- serrage de l'extrémité de la courroie autour du noyau de blocage 15. De manière évidente, la force de serrage du boulon traversant Fs doit etre supérieure à la somme des forces de traction Ft et de réaction Fr. - La description de l'invention et les figures qui s'y rapportent permettent de constater que le dispositif d'agrafage objet de l'invention offre, par rapport aux dispositifs connus, les avanta- ges suivants: - application aux courroies à renforcement textile comme à celles dont le renforcement est constitué de cables métalliques, - absence de nécessité de préparation des extrémités de la cour- roie, - montage réalisable à plat, hors du transporteur, sans nécessité d'outillage complexe, - possibilité de réduire le nombre des éléments de renforcements coupés, donc d'augmenter la résistance de la jonction, - suppression de l'opération de collage des extrémités de la cour- roie donc de l'équipement nécessaire tels que presses à vulcani- ser, pièces de moulage ou dispositif de confection, - possibilité d'allègement par réalisation des noyaux de blocage et/ou des pièces centrales d'appui en métal léger ou en matériaux composites, permettant d'améliorer le bilan énergétique de lVins- tallati on, - i10 - - réduction des problèmes de maintenance en service, puisque le fluage éventuel du caoutchouc dans les zones'de serrage est com- pensé par le basculement des pièces latérales de serrage, - fiabilité accrue grâce au phénomène d'auto-serrage exercé par le dispositif à rotule des pièces latérales de serrage. L'homme de l'art peut, bien entendu. apporter diverses modifica- tions au dispositif, au procédé et aux applications décrits et illustrés à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. - 11 - REVENDICATIONS 1 Dispositif d'agrafage pour la jonction de courroies et, plus particulièrement de courroies pour élévateur à godets, comportant un élément de renforcement en textile synthétique ou en cables métalliques, caractérisé en ce qu'il est constitué de deux plaques centrales d'appui (1), de deux coins (2) de montage et de mise à l'équerre, de deux noyaux de blocage (3) qui permettent de réali- ser des boucles avec les extrémités de courroie(s) et de deux pla- ques latérales de serrage (4) munies chacune d'une articulation à rotule (5), ces différents éléments constitutifs permettant audit dispositif de fonctionner par auto-serrage avec basculement. 2a Dispositif d'agrafage pour la jonction de courroies, selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour une utilisation avec des courroies renforcées de cables métalliques longitudinaux, le rayon de courbure des noyaux de blocage (3) est au moins égal à 8 fois le diamètre desdits cables métalliques. 3 Dispositif d'agrafage pour la jonction de courroies selon l'une des revendications i ou 2S caractérisé en ce que les plaques cen- trales d'appui (1) et/ou les noyaux de blocage (3) sont réalisés en métal léger tel que le duralumin. 4 Dispositif d'agrafage pour la jonction de courroies selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les plaques cen- trales d'appui (1) et /ou les noyaux de blocage (3) sont réalisés en matériau composite à matrice rigide. Dispositif d'agrafage pour la jonction de courroies selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les noyaux de blocage (3) sont réalisés dans un mélange à base de caoutchouc renforcé par des charges ou des fibres textiles ou métalliques. Dispositif d'agrafage pour la jonction de courroies selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'un capot de protec- _0 tion contre la pollution et les intempéries est fixé à la partie supérieure dudit dispositif et rendu étanche par l'emploi d'un mastic. 7 Procédé de jonction par agrafage de courroies caractérisé en ce que les extrémités de courroie(s), non dénudées de leur revêtement de caoutchouc sont serrées, après formation d'une boucle autour - 12 - des noyaux de blocage (3), par l'intermédiaire de boulons traver- sants (24), entre les plaques centrales d'appui (1) et les plaques latérales de serrage (4) du dispositif d'agrafage conforme à l'une des revendications 1 à 6. 8 Procédé de jonctionnement par agrafage de courroies selon la revendication 7, caractérisé en ce que les éléments de renforce- ment longitudinaux (26) et/ou transversaux (32) des courroies sont déviés de leur trajectoire initiale, au voisinage des boulons tra- versants (24) assurant la fixation des éléments constitutifs du dispositif d'agrafage avec la courroie. 9 Courroie transporteuse pour élévateur à godets dont la jonction ou la mise en sans fin est réalisée selon l'une des revendications 7 ou 8 et en utilisant le dispositif d'agrafage conforme à l'une des revendications 1 à 6.