Brevet FR2614665A1 — publié le 19881104

La présente invention concerne particulièrement les ensembles hydropneumatiques autonomes, destines a. fournir. l'effort de pression sur les galets des broyeurs pendulaires. Plus généralement cette invention peut servir sur toute autre installation nécessitant des ressorts a gaz ou mécaniques fonctionnant en compression et plus particulièrement là ou on exige la possibilité de réglage rapide ou l'asservissement de la valeur de Effort exercé. Les dispositifs de ce genre actuellement connus comportent soit des ressorts mécaniques de dimensions très importantés, dont la variation de l'effort est possible par le réglage de la compression des spires pendant l'armet de la machine, soit des vérins hydrauliques actionnant chacun un galet de broyage et qui. sont relies et commandes par la meme centrale hydraulique. Ces deux types de construction présentent des problèmes d'exploitation difficiles du fait de l'environnement particulièrement agressif qui caractérise ce genre d'installations (poussières abrasives, vibrations etc.), ainsi que par l'exigeance de fonctionnement ininterrompu et sans défaillances. Aussi les investissements considérabl-es necessites par ces installations complexes et leurs couts d'exploitation élevés constituent des inconvénients à l'encontre de ce procédé de broyage. Ainsi les installations avec vérins hydrauliques, qui ont permis des améliorations considérables du processus de broyage, par la possibilité de réglage facile de l'effort de pression sur les galets du broyeur, occasionnent souvent des détériorations des surfaces de guidage du cylindre et de ta tige, dont. les origines proviennent de la pollution du circuit nydraulique, ainsi que par les difficultés spécifiques au mouvement vibratoire à faible course. Les phénomènes de grippage dans un verin sont aussi source de pollution du circuit hydraulique commun et sont à l'origine des détèriorations sur les autres vérins du meme broyeur.Autrement, lors des différentes opérations d'entretien pratiquées sur ce genre d' instal lation(par exemple : démontage d'un vérin, remplacement d'un composant, vidange et remplissage de l'huile, etc) sont souvent sources de pollution du circuit hydraulique, du fait de l'environnement particulièrement poussiéreux et chargé en particules abrasives, mais aussi par l'indisponibilité sur le site du personnel spécialisé necessité par ce type de matériel. Tous ces inconvénients sont éliminés pour le cas de la présente invention. Le dispositif selon l'invention constitue un ensemble autonome, qui assure l'effort de pression indépendamment pour chacun des galets du broyeur. Une particularité essentielle de sa conception fonctionnelle est la facilité du réglage de la valeur de l'effort, avec la possibilité d'asservissement de ce paramètre. Cet appareil assemblé, et essaye dans l'usine du constructeur constitue un ensemble indépendant, interchangeable, de conception monobloc intégré, completement fermé. Il est doté de dispositifs de protection contre les effets agressifs de l'environ nement, ainsi que des composants d'usure adaptés pour une utilisation de longue durée et sans intervention, qui lui assurent une sécurite de fonctionnement exceptionnelle. Sa mise en route sur le site est aisée et se limite à la mise en place sur ses fixations et au branchement du cable des commandes electriques. Les problèmes d'entretien - généralement délicats pour les installations de ce genre connus actuellement - sont évités pour l'utilisateur, dans le cas du dispositif de t présente invention et se limitent à des controles du remplissage d'huile et de l'état d'encrasement des filtres et éventuellement 5 leurs remplacement, prévus par des opérations simples, sans possibilité de fausses manoeuvres ou de risques pour l'appareil. Les révisions périodiques de l'ensemble, ou les interventions éventuelles nécessitant son démontage sont prévues dans l'usine du constructeur, ceci étant possible du fait de la conception interchangeable de l'appareil et par la facilité de son remplacement sur le site. Autrement le dispositif selon l'invention permet des gains considérables d'investissements et de place dans ces installations de broyeurs par la suppression des centrales hydrauliques complexes et de leurs tuyauteries de liaison avec les vérins, etc. Des économies d'énergie résultent égalemment par la suppression de la pompe et des systèmes de refroidissement prévues dans les installations connues actuellement, pour un fonctionnement continu. Le dispositif selon l'invention - de par sa conception ne nécessite aucune consommation d'énergie pour une utilisation à pression constante - Une consommation éventuelle d'énergie peut intervenir lors de la modification de la pression interne dans l'appareil, pendant le fonctionnement de la pompe de réglage du système ou de la valve à clapets prévue pour la décharge du circuit. En toute circonstance cette consommation est négligeable du fait de la puissance réduite de ces deux appareils, ainsi que par leur durée d'utilisation limitée. Des autres avantages possibles par l'utilisation sur les installations actuelles du dispositif selon l'invention, sont les optimisations du processus de broyage ( qualité, finesse, adaptabilité aux différents produits, réductions dan les consommations d'énergie par l'unité de débit produit, réduction de l'usure des pièces de broyage, etc.). Ces améliorations résultent des multiples possibilités offertes par le dispositif sel,ti l'invention, dont nous indiquons au titre d'exemples non limitatifs - réglage indépendant de l'effort exercé séparément sur chacun des galets de broyage. - variation de la valeur de l'effort exercé sur les galets de broyage dans des larges limites mini/maxi ( environ 1/30 - réglage du fonctionnement automatique à valeur constante de l'effort ou dans une position choisie de la course du vérin. - asservissement de la valeur de l'effort selon une consigne ou par des cycles de fonctionnement particuliers etc. Deux formes de construction de l'invention sont décrites ci-après à titre indicatif et nullement limitatif, en se référant aux dessins annexés. La figure 1 représente un ensemble autonome, prévu pour la fonction de ressort hydropneumatique à effort réglable, sur les broyeurs pendulaires à galets.. Le dispositif fixé sur l'installation par sa bride 3, est prévu pour exercer par l'intermédiaire de l'extrémité de la tige 2 du verin hydraulique un effort de pression, qui est transmis au galet de broyage. Le fonctionnement spécifique du broyeur se carac térise par des mouvements vibratoires de faible amplitude (environ quelques mm.), qui se produisent autour d'une position déterminée de la tige 2 dans sa course possible dans le cylindre 1, position qui est définie selon le réglage de la machine. L'ensemble comporte notamment: A) Un vérin hydrauliqueesimple effet en poussant type plongeur, comprenant: - le cylindre 1 prévu avec deux joints d'étanchéité composites 8, les porteurs de guidage 5 et 6, le racleur 9 et le raccord de vidange 49 de l'huile à fermeture automatique ; - la tige-piston monobloc 2 prévue avec le s;rteu de guidage 7 et les ouvertures 12 reliant les deux cotés du piston; le support 10 et le racleur composite 11 qui constituent un dis positif étanche de protection de la surface active de la tige des effets de la pollution de l'environnement poussiéreux;; ( tous ces éléments d'étanchéité et de guidage mentionnés prece- demment, sont prévus dans des matières autolubrifiantes qui permettent le glissement des pièces avec'de faibles coéfficients de frottement et limitent l'usure des surfaces fonctionnel les - le fond 4 prévu avec le compartiment 20 servant de volume pour réserve d'huile et les orifices de liaison 19 et 30, constitue un bloc foré,adapté à recevoir dans une disposition compacte et sans tuyauteries les autres éléments et appareils de l'ensemble. B) Un accumulateur hydropneumatique comprenant: - le corps 14, la vessie 15 séparant le compartiment rempli de l'azote 18 du compartiment rempli d'huile 17, la valve de gon flage 16 prevue avec une fermeture automatique; - le bloc de raccordement 13, qui est bridé sur le fond du vérin 4, est prévu avec la prise de purge type Minimess 48 et le support 52 fixe sur le réservoir 21. C) Un ensemble hydraulique de regulation comprenant: - la pompe de réglage 23 monobloc avec le moteur 24, sont prévus pour fonctionnement immergés et aspiration de l'huile 26 au tra vers de la crépine d'aspiration 27; ce groupe immergé et de ce fait peu encombrant, est raccordé par la tuyauterie de pression 25 et le clapet antiretour 28 sur le fond 4 du vérin;; - un réservoir etanche 21 fixé sur le fond 4 du vérin est equipé avec la vessie de compensation 22, reliée par l'intermédiaire du filtre à air 50 à l'atmosphère, le raccord d'introduction de l'huile 34 à fermeture automatique, le filte à huile 35 prévu avec indicateur électrique de colmatage, le controleur de niveau de 1 huile 36 prévu avec un indicateur électrique du niveau mini, le raccord de vidange de- 1 'huile 37 à fermeture automatique et la prise pour purge Minimes 38. - la soupape de limitation de pression 29, le distributeur à clapet 31 commandé par un électroaimant, le clapet 40 pour la décharge rapide du circuit pression et son ressort 39, le pressostat de précision 51 prévu avec deux seuils (contacts électriques) régla bles, sont assemblés sur le fond du vérin 4; le conduit de retour 32 et le clapet antiretour 33, sont reliés au réservoir 21, au travers le filtre 35. La figure 1 indique le cas ou le dispositif est prévu pour exercer un effort de pression constant ( dans les limites des valeurs de pression réglés par le pressostat 51 ) et opérer automatiquement au système, les corrections nécessaires résultant par la modification de la position de la tige dans la course du vérin, ou par des modifications de l'effort provenant de la charge etc. En fonctionnement courant, après le réglage de la machine, le vérin effectue des mouvements vibratoires correspondant à une position déterminée de la tige. Pour ce cas d'utilisation, ou le vérin collabore exclusivement avec l'accumulateur, le dispositif remplit la fonction de ressort hydropneumatique (similaire aux ressorts à gaz) et nécessite pour son fonctionnement aucun apport d'énergie ou intervention exterieure. Le déplacement en rentrée de la tige 2 se fait sous l'effet de la poussée extérieure. La sortie de la tige résulte de l'effet de la pression de 1 'huile du vérin, fournie par la pression du gaz comprimé 18, transmise par la vessie 15 et l'huile 17 à travers le conduit 19 au compartiment 20. Ces joints d'étanchéité 8 qui determinent la section utile ou s'applique l'effet de la pression sur le rige, de meme que les racleurs 9, 11 et les guidages 5, 6 et 7 sont adaptés pour les conditions spécifiques au mouvement v-ibratoire à faible amplitude avec effort radial, dans ambiance poussiéreuse, que caractérise le dispositif selon l'invention, et sont aptes à assurer son fonctionnement sans intervention, pendant des longues durées d'utilisation ( par exemple 10000 heures ). Aussi ces memes composants prévus en matières autolubrifantes spéciales, confèrent au système en mouvement des rendements mécaniques exceptionnels ( env.98% ), ce qui limite aussi la production de chaleur et l'usure des pièces. Au cas ou le galet du broyeur rencontre un imbroyable, la tige 2 recule par un mouvement rapide et le débit considérable qui resulte est evacué sans augmentation sensible de la pression dans le circuit, par l'ouverture du clapet 40, vers le réservoir 21. Si pour des circonstances diverses, par exemple la modification de la position de la tige 2 dans le cylindre 1; la pression dans le vérin et l'accumulateur n'est plus dans l'intervalle prévu par le pressostat 51, le système rétablit par l'intervention automa -tique de l'ensemble de régulation les valeurs de pression préréglés pour son fonctionnement. Deux situations sont possibles: - la pression diminue au-dela de la valeur réglée ( le cas par exemple ou la tige 2 sort et le volume d'huile 17 de l'accumu- lateur diminue et de ce fait, le gaz contenu dans le volume 18 se detend ).Le contact de pression mini du pressostat 51 étant fermé, le moteur 24 entraine la pompe de régulation 23,qui refoule l'huile aspiré dans le réservoir 21 à travers la crépine 27, vers lé compartiment 20 par le conduit 25 et le clapet 28; le volume d'huile débité par la pompe est transferé à travers la chambre 20 et 1 'ori fice 19 dans le compartiment 17 de l'accumulateur, pour compenser le volume engendré par le déplacement de la tige du vérin, et rétablir ainsi la pression dans le compartiment gaz 18. La pression de réglage étant rétablie, le contact du pressostat arrete le fonctionnement du moteur 24 et de.la pompe 23. - la pression augmente au-delà de la valeur réglée (le cas par exemple ou la tige 2 rentre et le volume d'huile 17 de l'accumu -lateur augmente et le gaz 18 est comprimé). Le contact de pression maxi du pressostat étant fermé, 1 'électroaimant du distributeur 31 commande l'ouverture du circuit de pression vers le réservoir 21 au travers du .conduit 32, le clapet 33 et le filtre 35; ce volume d'huile qui est évacué du compartiment 17 de l'accumulateur sous l'effet de la pression du gaz, est transfére dans le réservoir 21, pour compenser le volume evacué par le déplacement de la tige du vérin et rétablir ainsi la pression dans le compartiment gaz 18. La pression maxi de réglage etant rétablie, le contact du pressostat referme le distributeur à clapet 31. La surveillance et l'entretien du dispositif comportent des opérations simples, effectuées par un appareillage adapté, qui exclue les possibilites de fausses manoeuvres ou les risques de détério- rations. Ceci definit les procedures suivantes: - remplissage de l'huile 26 dans le réservoir 21, signale par le controleur électrique de niveau mini 36, en cas de gonflage dépassant de la vessie de compensation 22. L' huile peu etre intro -duite dans le réservoir, après branchement d'un tuyau spécialement aménagé pour l'ouverture du raccord 34, et le passage par le filtre 35. Cette opération implique l'ouverture de la purge 31, par le racordement d'une tubulure adaptée. La vidange éventuelle de l'huile du réservoir est possible après branchement d'une tubulure adaptée pour l'ouverture du raccord 37,ainsi que l'X.verture de la purge 31 - la vidange de l'huile du vérin et ze l'accumulateur, pré -vue après des intervalles d'utilisation définis, est possible par le branchement d'une tuyauterie adaptée pour 'couverture du raccord 49 et implique aussi -après la vidange totale de l'huile du compartiment 17 de l'accumulateur - l'ouverture de la purge 48, par le raccordement dZune tubulure adaptée. Le remplissage du vérin et de l'accumulateur de l'huile est effectué par l'ensemble hydraulique de régulation, la purge 48 restant ouverte pendant cette opération. - remplacewent de la cartouche du filtre 35, en cas de signalisation de l dicateur électrique de colmatage et éventuellement du filtre a air 50. La figure 2 represente un ensemble hydropneumatique autonome prévu pour utilisation sur des broyeurs pendulaires à galets, qui constitue une variante de l'ensemble représenté par la figure 1 décrite précédemment, ou les commandes du dispositif sont asservies. La fonction du dispositif sur le broyeur est similaire à celle décrite précédemment pour le dispositif représenté par la figure 1, de meme que tous les appareils et composants indiqués par les memes repères. Le système de mesure est de conception différente et prevoit l'utilisation du capteur inductif de pression 43 et du capteur linéaire de déplaceinent 41, actionné par la tige 2 du vérin, par l'intermédiaire du dispositif 42. Tous ces appareils sont fixés sur le fond 4. Le système asservi de commande électronique 46, regroupe les informations transmises par les capteurs de pression 43 et les capteurs de déplacement 41, a travers respectivement les cables 45 et 44, provenant des divers ensembles autonomes assemblés sur le meme broyeur et qui sont prévues pour actionner indépendamment chacun des galets de broyage. La commande de l'asservissement du système qui peut etre transmise éventuellement à l'électronique ventrale de commande par l'intermédiaire d'un ensemble informatique ou ordinateur 47, regroupe tous les dispositifs de la meme machine. L'asservissement peut se faire en fonction d'une consigne, ou par des cycles de fonctionnement particuliers, etc. selon les divers exigeances du processus technologique, defini par l'utilisateur. A titre d'exemple, l'asservissement de.l'ensemble pour le fonctionnement oscillatoire, autour d'une position fixe de la tige 2-dans le cylindre 1. En cas de variations de l'effort exercé sur le ressort hydropneumatique, resultant par la modification des conditions d'utilisation de la machine ( changements de caractéristiques des produits broyés, modifications de réglages, facteurs accidentels, etc.), la tige 2 du vérin a tendance à modifier sa position, jusqu'à ce que l'equilibre avec la pression du gaz 18 de l'accumulateur est retabli. En fait le système asservi procède à la correction de pression du gaz 18, en modifiant -par l'ensemble hydraulique de regulation- le volume d'huile 17 dans l'accumulateur, sans que la tige 2 modifie sensiblement sa position dans le cylindre 1.Deux situations sont possibles - la tige a tendance à sortir, du fait de la diminution de la pression exercée par la charge extérieure. Le capteur 41, qui est actionné par le dispositif 42-solidaire au mouvement de la tige 2, enregistre une modification de position dépassant la course de deplacement définie par la consigne et transmet cette information à l'ensemble electronique 46, qui commande la mise en route du moteur 24 et de la pompe 23. On introduit ainsi - a travers la chambre 20 et l'orifice 19 - le volume d'huile nécessaire dans le compartiment 17 de 1 accumulateur, pour établir la nouvelle pression d'equil ibre du gaz 18.La position de la tige 2 étant retablie à l'intérieur de l'intervalle de reglage, le fonctionnement du moteur 24 est arreté - La tige a tendance à rentrer du fait de l'augmentation de la pression exercée par la charge exterieure. Le capteur 41 enregistre une modification de position dépassant l'intervalle de déplace -ment défini par la consigne de fonctionnement du système et trans -met cette information à l'ensemble electronique 46, qui commande l'ouverture du distibuteur 31. On évacue ainsi du compartiment 17 de l'accumulateur vers le résevoir 21, le volume d'huile nécessaire pour réduire la pression du gaz 18, correspondant à la nouvelle valeur d'équilibre. La position de la tige 2 étant rétablie à 1 'inté- rieur de la course de fonctionnement, le distibuteur 31 est fermé. Il est bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisations decrites et représentées, qui constituent seulement des exemples auxquels de nombreuses modifications peuvent etre apportes. Le dispositif selon la présente invention peut etre utilise dans les installations ou sont necessaires des grands ressorts qui fonctionnent en compression, particulièrement la ou se produisent des mouvements vibratoires ou des oscillations; aussi dans les systèmes ou appareils ou on exige le maintien d'un effort de pression, et plus particulierement là ou on exige la possibilité de réglage rapide ou l'asservissement de la valeur de l'effort exerce. La conception du dispositif selon l'invention n'implique aucune limitation quant aux type constructif, dimensions ou aux pa ramètres de fonctionnement du verin, de l'accumulateur hydropneumatique et de l'ensemble hydraulique de regulation etc. il est bien en-tendu que des adaptations, modifications ou combinaisons de ces elements sont possibles, pour convenir aux divers utilisations. Des applications particulierement intéressantes qui peuvent etre envisagés sont les ensembles destinés à fournir l'effort de pression sur les broyeurs pendulaires à galets ou sur les broyeurs giratoires, les dispositifs utilisés pour bridage dans les grosses installations, les outillages serre-flancs et pour la remontée du plateau sur les presses, les dispositifs de suspension élastiques, les systèmes antivibratoires, les dispositifs exercant la tension sur les cables des funiculaires ou sur les chaines des transmisvsions, les vérins antagonistes des bancs d'essais de fatigue, etc. REVENDICATIONS 1) Ensemble hydropneumatique autonome, servant à fournir des efforts de pression facilement réglables ou assurer la fonction de ressort en compression, du type ou l'effort est exercé par la tige d'un vérin hydraulique simple effet en poussant, caractérisé en ce qu'il constitue un ensemble indépendant, de conceptiontion monobloc intégré, complètement fermé, qui comprend: un cylindre hydraulique 1 dans lequel coulisse une tige 2 sur les élements de guidage 5, 6, 7 et les joints d'étanchéité composites 8 et racleurs 9 et 11, pré -vus dans des matières autolubrifiantes, qui assurent de faibles-co -efficients de frottement; le fond 4 du verin,qui constitue un bloc foré, adapté à recevoir dans une disposition compacte et sans tu yauteries les autres éléments et appareils de l'ensemble; un accu mulateur hydropneumatique, dont le compartiment huile 17 est relié au vérin hydraulique par le bloc de raccordement 13 bridé sur le fond 4; un ensemble hydraulique de régulation, dont le groupe moto -pompe 24, 23 raccordé sur le fond 4 est du type immergé et de ce fait peu encombrant,qui comprend le distributeur à clapet 31, la soupape de limitation de pression 29 et le clapet 28 fixés sur le fond 4; un réservoir étanche 21 d'huile fixé sur le fond qui ren -ferme le groupe motopompe 24, 23. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble vérin accumulateur prévu pour exercer un effort défini par un intervalle de reglage fixe, assure la fonction de ressort en compression et effectue les mouvements vibratoires ou oscillatoires sous l'effet d'une charge motrice extérieure, sans nécessiter de consommation d'energie pour ses propres appareils et sans occasion -ner de production notable de chaleur. 3) Dispositif selon la revendication , caractérisé en ce que le vérin est equipé d'un dispositif étanche le protection de la surface active de la tige, qui est constitué par le support 10 et le racleur composite 11. 4) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réservoir 21 est équipé d'une vessie de compensation 22, qui iso -le et protège le circuit hydraulique de l'environnement extérieur, et qui éclanche le controleur 36 de niveau mini d'huile. 5) Dispositif selon la revendication 1, caractérise en ce que le reglage de l'effort exercé par la tige 2, est obtenu par la variation du volume d'huile 17 dans l'accumulateur, resultant de l'in -troduction d'huile par la pompe 23, ou de l'évacuation par le distributeur 31 de l'huile vers le reservoir 21. 6) Dispositif selon les revendication 1 et 5, caractérisé en ce que le réglage du fonctionnement automatique de l'ensemble pour un effort constant, peut se faire par un pressostat de précision prévu avec deux seuils (contacts électriques) réglables. 7) Dispositif selon les revendicato-ns 1 et 5, caractérisé en ce que -le fonctionnement de l'ensemble peut etre asservi, selon une consigne ou des cycles d'utilisations particuliers, par le capteur de pression 43 et le capteur de déplacement 41, fixés sur le fond 4 du vérin et reliees à l'electronique de commande 46. 8) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que un clapet 40 et son ressort 39 implantés dans le fond 4, permettent l'évacuation vers le réservoir sans augmentation sensible de pression dans le circuit, du débit considérable qui résulte en cas de recul rapide de la tige, par l'effet d'un imbroyable ou d'une charge extérieure accidentelle. 9) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le remplissage d'huile de l'ensemble est prévu par le branchement d'un tuyau spécialement aménagé pour l'ouverture du raccord 34, et que l'huile est filtre par le passage à travers le filtre 35. 10) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'utilisation des purges 48 et 38, ainsi que des raccordements de vidange 37 et 49, implique le branchement des tubulures spécialement amenagées, pour permettre leur ouverture, et que de ce fait on évite la pollution du circuit hydraulique.