Brevet FR2652761A1 — publié le 19910412

L'invention concerne des perfectionnements nouveaux et utiles à des joints d'étanchéité à la poussière pour des concasseurs giratoires pour roches. Des joints efficaces à la poussière pour des concasseurs pour roches du type conique ou giratoire ont été extrêmement difficiles à réaliser. Les pièces inté- rieures travaillantes (paliers, engrenages, arbres, pompes à huile et huile lubrifiante) doivent être protégées à la fois de la poussière de roche développée durant le concassage et d'autres contaminants, car, autrement, les meilleures machines deviennent trop coûteuses à entretenir. Quelle que soit la qualité que peut atteindre le concas- seur, si la poussière de roche ne peut pas être tenue à l'écart, la machine n'est pas utilisable. Certains mécanismes utilisant des joints d'étanchéité à labyrinthes tournants, tels que celui montré dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 3 118 623, sont très efficaces pour tenir à l'écart la poussière, mais ces machines sont limitées à de plus faibles dimensions en raison du coût très élevé, des limitations de vitesse et des capacités de charge inadaptées des plus gros paliers de butée à rouleaux. Dans les dimensions plus grandes qui sont demandées pour produire de la roche concassée dans les capacités demandées par les marchés actuels et futurs, des concasseurs plus gros sont essentiels. Des joints flexibles d'étanchéité ont également été utilisés, tels que ceux montrés dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N 2 224 542, N 2 832 547 et N 4 192 472. Ces joints comprennent des éléments tron- coniques fixés entre la tête du concasseur et le support de tête et peuvent être conçus pour le concasseur de type plus gros. Cependant, en raison de l'action violente de la tête du concasseur, ces joints flexibles d'étanchéité se sont avérés être d'une courte durée de vie. Des joints d'étan- chéité ont également été utilisés et ont une structure dans laquelle une partie du joint est fixe sur le châssis de base et l'autre partie est reliée à la tête du cône giratoire. Un tel joint d'étanchéité expose une surface importante en une orbite à mouvement continuel à l'axe central du concasseur. De la très fine poussière de roche adhère à cette surface. Lorsque cette surface se déplace vers l'intérieur, la plus grande partie de la poussière est éliminée par frottement, mais une certaine partie réussit à passer entre les surfaces d'étanchéité. Au bout d'un certain temps, l'accumulation de poussière atteint des niveaux provoquant une destruction. Des efforts ont également porté sur l'utilisation d'une pression d'air interne, mais ils n'ont pas donné satisfaction, car il est difficile de refouler la poussière et on n'a réalisé aucun moyen efficace pour résister à l'air s'écoulant dans les pièces intérieures travaillantes. Un objet principal de l'invention est de proposer un joint d'étanchéité à la poussière pour des concasseurs giratoires pour roches, lequel joint utilise un agencement perfectionné du type à joint d'étanchéité frottant dans lequel ce joint est utilisé en association avec des moyens de circulation d'air pour empêcher efficacement l'entrée de la poussière et d'autres contami- nants dans des pièces intérieures travaillantes. Un objet plus particulier de l'invention est de proposer un joint d'étanchéité à la poussière du type décrit, qui constitue, en combinaison, un agencement nouveau d'un joint d'étanchéité de base et d'un joint d'étanchéité de tête de cône dans lequel des moyens élastiques de support établissent un contact étanche entre deux surfaces de ces éléments et assurent aussi une association espacée avec deux autre surfaces entre lesquelles s'écoule de l'air arrêtant les contaminants. Pour atteindre ces objectifs, un joint d'étanchéité de base est supporté par le chassis de base et est en association d'emboîtement avec un joint d'étanchéité de cône. Des parties en creux et en saillie de ces surfaces sont disposées de façon à effectuer un mouvement parallèle relatif dans le mouvement giratoire du cône. La partie en saillie présente une épaisseur inférieure à la distance comprise entre les surfaces supérieure et inférieure de la partie en creux, et des moyens maintiennent élastiquement le joint d'étanchéité de base vers le haut contre le joint d'étanchéité du cône pour établir un contact d'étanchéité avec lui et aussi pour ménager un espace entre les surfaces inférieures afin de former un joint d'étanchéité à air arrêtant les contaminants. Des moyens déflecteurs sont prévus dans la partie en creux pour inverser le mouvement de l'air arrivant afin de le diriger vers l'extérieur efficacement à travers l'espace compris entre les joints d'étanchéité de base et du cône. Le joint d'étanchéité entre le joint de base et le joint du cône comprend un élément rapporté en matière plastique à faible frottement travaillant en association avec un élément rapporté de palier d'appui à faible frottement. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe verticale raccourcie d'un concasseur giratoire pour roches et d'un joint d'étanchéité à la poussière conformes à l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe partielle à échelle agrandie, analogue à la figure 1, mais décalée circonférentiellement de celle-ci, cette vue montrant des moyens qui bloquent le joint d'étanchéité de base pour l'empêcher de tourner; - la figure 3 est une vue partielle en coupe à échelle agrandie, également similaire à la figure 1, mais décalée circonférentiellement de celle-ci, cette vue montrant des moyens d'entrée d'air; - la figure 4 est une vue partielle de dessous d'un moyen d'alimentation en air utilisé avec le joint d'étanchéité à la poussière selon l'invention; - la figure 5 est une coupe partielle suivant la ligne 5-5 de la figure 4; et - la figure 6 est une vue en élévation partielle suivant la ligne 6-6 de la figure 5. En référence en particulier aux dessins, et tout d'abord à la figure 1, la référence numérique 10 représente un cône ou une tête 10 de concasseur. Ce cône est associé à un manteau et une cuve, non représentés, qui coopèrent pour concasser de la roche. Le cône présente une surface inférieure sphérique convexe 12 d'appui supportée de façon glissante sur une surface supérieure sphérique 14 d'un support 16 de cône qui est fixé au châssis 18 de base du concasseur. Le châssis de base 18 loge le mécanisme de commande d'un arbre vertical, non représenté, relié au cône du concasseur et ayant pour effet de produire le mouvement de giration du cône sur la surface 14 de support. Le chassis 18 du concasseur est associé à une paroi périphé- rique extérieure 20 (figures 4 et 5) et à une autre structure de support bien connue dans la technique et qui n'est donc pas représentée. La surface sphérique 14 de support constitue une surface d'appui convenable, comprenant des moyens 26 de lubrification et une gouttière annulaire 27 dans laquelle une poussée hydrostatique est appliquée. La surface de support comprend aussi un anneau 28 d'étanchéité pourvu d'un joint rapporté 29 d'étanchéité à l'huile et d'un élément rapporté 29a de poussée adjacent à la périphérie extérieure de la surface 14. L'élément rapporté 29a de poussée ou d'appui comprend un élément rapporté en métal ou en matière plastique résistante et sert à empêcher l'application d'une pression excessive sur le joint rapporté 29 d'étanchéité. Le support 16 du cône comporte une bande ou un anneau vertical 30 d'étanchéité s'élevant en contact superficiel partiellement chevauchant avec l'anneau 28 d'étanchéité. Cette bande est associée à des joints inférieurs 32 d'étanchéité pouvant porter contre l'anneau 28. La bande 30 forme une paroi périphérique extérieure pour des canaux 36 de refroidissement par eau. L'anneau 28 d'étanchéité est sollicité vers le haut pour porter contre la surface 12 de la tête conique par plusieurs plongeurs 38 supportés par des ressorts et montés dans une partie extérieure encochée 40 du support 16 du cône. Si le lubrifiant associé à la tête devait s'échapper au-delà des joints 29 d'étanchéité, il s'écoulerait vers le bas par gravité jusqu'à une gouttière annulaire 44 de collecte, puis descendrait jusqu'à une partie intérieure de la machine en passant par un ou plusieurs passages 42 d'écoulement ménagés dans le support 16 du cône et par des orifices latéraux 46. Des moyens d'étanchéité à la poussière associés à la présente structure de concasseur, qui empêchent la poussière et d'autres contaminants d'entrer dans la zone comprise entre le cône et les pièces intérieures du concasseur, comprennent un anneau supérieur 50 d'étanchéité du cône fixé à un épaulement 52, tourné vers le bas, du cône, par exemple par plusieurs vis 54 à tête. L'anneau 50 d'étanchéité comporte une partie 56 inclinée vers l'inté- rieur et vers le bas, ayant une surface inférieure lisse 58. Le cône 10 comporte un rebord périphérique descendant extérieur 62 supportant un anneau inférieur 64 d'étanchéité du cône sur son bord inférieur, par exemple au moyen de vis à tête 66. L'anneau inférieur 64 d'étanchéité du cône comporte une partie 68 inclinée vers le bas, présentant une surface supérieure lisse 70. Les deux surfaces 58 et 70 sont concentriques et forment entre elles un évidement 72. Le joint d'étanchéité à la poussière selon l'invention utilise aussi un joint d'étanchéité de la base orienté vers le haut ayant une partie 82 inclinée vers le haut et vers l'extérieur qui fait saillie dans l'évide- ment 72. Les surfaces 84 et 86 de la partie 82 du joint de la base et des surfaces 58 et 70 du joint du cône, respec- tivement, ont des formes sphériques complémentaires pour se déplacer concentriquement sous l'effet d'une giration orbitale de la tête. L'épaisseur de la partie 82 de joint d'étan- chéité de la base est inférieure à la largeur de l'évide- ment 72 et cette partie est maintenue contre la surface supérieure 58 de l'évidement par plusieurs plongeurs 90 poussés par des ressorts et pouvant coulisser étroitement dans des évidements 92 du support 16 du cône, les plongeurs présentant une extrémité supérieure plate 94 portant contre le dessous du joint 80 de la base. Le joint 80 de la base comporte un rebord 96 qui descend et s'ajuste étroitement sur une surface verticale extérieure du support 16 du cône pour constituer une surface cylindrique pour le joint de base. L'extrémité intérieure 82a de la saillie 82 est en ajustement coulissant, avec du jeu, avec le support 16 du cône. Le nombre de plongeurs 90 repoussés par des ressorts peut varier, mais il est avantageux qu'il soit grand, par exemple de vingt, afin qu'une force uniforme soit appliquée vers le haut autour du cône. En référence à la figure 2, quelques-uns, par exemple trois, des plongeurs 90a ont une extrémité effilée ou en forme de cône qui pénètre dans des évidements 98 de forme similaire du joint de base. Ces plongeurs aident les plongeurs 90 à pousser vers le haut le joint de base et également à bloquer le joint de base pour l'empêcher de tourner. La surface supérieure 84 du joint 82 de la base porte un élément rapporté 100 d'étanchéité à l'air et à la poussière, en matière plastique à faible frottement, par exemple en "Teflon", logé dans une encoche 102 et faisant saillie de l'encoche pour porter contre la surface 58 de l'anneau supérieur 50 d'étanchéité du cône. La face extérieure de l'élément rapporté 100 s'aligne avec le centre de l'arc de toutes les pièces spériques. L'angle supérieur du joint d'étanchéité 100 est rappelé élastique- ment contre la surface sphérique 58 par une bague torique 104 placée au-dessous de lui. Un second élément rapporté 106 à faible frottement, par exemple en "Teflon" ou en "Delrin", également logé dans une encoche 102, est adjacent à l'élément rapporté 100 et est disposé vers la partie intérieure du concasseur. L'élément rapporté 106 comprend un organe de poussée destiné à supporter la force des plongeurs 90 repoussés par ressort. L'élément rapporté 100 peut également accepter une certaine charge de poussée et peut réduire la pression s'exerçant sur l'élément rapporté 106. Les pièces sont dimensionnées et disposées de manière que, le joint d'étanchéité 82 de la base étant maintenu vers le haut et ses éléments rapportés 100 et 106 étant en contact avec la surface 58, un petit espace 110 existe entre le joint d'étanchéité 82 de base et la surface de l'évidement. Cet espace constitue une sortie circonférentielle complète pour l'air forcé qui est admis vers l'extrémité extérieure de la saillie 82 du joint d'étanchéité de la base, comme cela sera à présent décrit. La référence numérique 114 désigne un raccord d'entrée pour une source d'air forcé. De préférence, deux de ces raccords sont prévus et espacés de 180 degrés l'un de l'autre pour une arrivée d'air équilibrée efficace au support 16 du cône. Chacun des raccords 114 communique avec un orifice vertical 116 (figure 3) ménagé dans le support 16 du cône. Les orifices 116 sont disposés entre les plongeurs 90 ou 90a et communiquent avec un passage annulaire 118 qui est formé entre le support 16 et le joint 80 d'étanchéité de la base. Un joint 119 d'étanchéité à l'air est prévu entre l'extrémité intérieure de la saillie 82 et le support du cône pour empêcher l'air de s'échapper vers le haut et un joint 119a d'étanchéité à l'air est formé entre le rebord descendant 96 et le support 16 du cône pour empêcher l'air de s'échapper vers le bas. Le passage 118 communique avec plusieurs conduits ou passages d'air 120, par exemple au nombre de 36, menant de l'extré- mité intérieure de la saillie 82 du joint d'étanchéité de la base jusqu'à son extrémité extérieure. L'air forcé ainsi admis vers le passage annulaire 118 est chassé en dehors de l'extrémité supérieure de la saillie 82 et déchargé à travers l'espace 110 pour former un bouchon d'air et empêcher des contaminants d'entrer entre le cône et les pièces intérieures travaillantes du concasseur. Dans une structure avantageuse, l'extrémité extérieure de la saillie 82 du joint d'étanchéité de la base supporte un déflecteur 122 orienté vers le haut ayant une partie inférieure 124 qui est inclinée vers l'extrémité intérieure de la partie 82 d'étanchéité. Ainsi, l'air déchargé à travers l'extré- mité extérieure des passages d'air 120 est inversé et renvoyé de façon à effectuer un mouvement plus efficace pour empêcher l'entrée des contaminants. Dans une forme avantageuse de réalisation, le déflecteur 122 est ajusté à retrait sur l'extrémité de la partie 82 d'étanchéité de la base. En référence aux figures 4, 5 et 6, l'air forcé vers les raccords 114 et les orifices d'entrée 116 provient d'une soufflante 130 et d'un filtre 132, convenablement montés sur le concasseur, par exemple sur la paroi extérieure 20. Cependant, si cela est souhaité, ces éléments peuvent constituer une partie de mécanismes indépendants de filtration et de soufflage, montée à l'écart du concasseur. Dans l'agencement représenté, l'ensemble à filtre et soufflante est supporté par une console 134 fixée à la paroi 20. L'entrée d'air à la soufflante s'effectue à travers le filtre et un conduit 136 de sortie partant de la soufflante mène à un raccord 138 situé sur la paroi. Ce raccord communique avec un passage s'étendant vers l'intérieur sur un voile montant 142 réalisé d'une seule pièce avec le concasseur. L'extrémité intérieure du passage 140 s'élève dans le voile jusqu'à un raccord 144 en T duquel des conduits 146 mènent aux raccords d'entrée 114 diamétralement opposés sur le support du cône. Dans le fonctionnement du concasseur, les surfaces sphériques correspondantes du joint d'étanchéité de base 82 et de l'évidement 72 fonctionnent concentrique- ment sur toute la circonférence du mouvement giratoire de la tête. La longueur sur laquelle le joint 82 d'étanchéité de la base fait saillie dans l'évidement est suffisante pour maintenir toujours une partie confinée de ce joint à l'intérieur de l'évidement lors de la course afin qu'il existe toujours un montage télescopique et un espace allongé 110 entre les surfaces inférieures 70 et 86. La figure 1 montre le cône 10 à mi-course. Les lignes tiretées illustrent l'approche la plus proche de l'extrémité intérieure de la partie 68 du joint d'étanchéité de la base. Le grand nombre de conduits 120 assure une réparti- tion égale de l'air en mouvement à travers l'espace 110. Dans le cas o un contaminant quelconque entre dans l'évidement 72, le joint 100 d'étanchéité l'empêche d'atteindre les organes internes du concasseur. Ce joint d'étanchéité est maintenu élastiquement en contact avec la surface 58 par sa propre élasticité et également par la bague torique 104 afin d'assurer une longue durée d'étan- chéité. La force exercée vers le haut par le joint d'étanchéité 82 de la base contre l'anneau supérieur 50 d'étanchéité du cône est supportée par les éléments rapportés 100 et 106. Le déflecteur 122 dirige efficacement l'air arrivant des conduits en un mouvement inverse afin que l'air pénètre efficacement dans l'espace 110 et sorte vers l'extérieur du concasseur. Dans l'agencement représenté, la poussière ou d'autres contaminants sont arrêtés de façon à entrer par la seule voie d'entrée dans les organes intérieurs travaillants du concasseur, à savoir entre le cône et son support, ce qui contribue donc à une longue durée de vie utile du concasseur. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au concasseur décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Concasseur giratoire pour roches, carac- térisé en ce qu'il comporte un châssis de base (18), un cône (10) de concasseur, des moyens intérieurs d'entraine- ment et de support situés sur le châssis et faisant exécuter au cône un mouvement giratoire, des surfaces sphériques coopérantes (12, 14) situées sur le châssis de base et le cône et supportant ce dernier lors dudit mouvement giratoire, un joint d'étanchéité de base (80) situé sur le châssis de base, un joint d'étanchéité de cône (50, 64) situé sur le cône du concasseur, l'un des joints d'étanchéité de la base et du cône ayant une partie évidée (72) et l'autre ayant une partie (82) qui fait saillie dans ladite partie évidée, lesdites parties évidée et en saillie présentant des surfaces sphériques supérieure et inférieure coopérantes (58, 70, 84, 86) disposées de façon à effectuer un mouvement concentrique relatif lors d'un mouvement giratoire du cône, la partie en saillie ayant une épaisseur inférieure à la distance comprise entre les surfaces supérieure et inférieure de la partie évidée, des moyens à air forcé (114) forçant de l'air dans la partie évidée, des moyens d'étanchéité (119) étant situés entre les surfaces supérieures des parties évidées et en saillie, et des moyens (90) maintenant élasti4uement le joint d'étanchéité de la base vers le haut contre le joint d'étanchéité du cône pour établir un contact d'étanchéité entre les surfaces supérieures des deux moyens d'étanchéité et pour former un espace entre les surfaces inférieures afin de constituer un espace d'étanchéité à la poussière par mouvement d'air entre les joints d'étanchéité de la base et du cône. 2. Concasseur giratoire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens à air forcé s'étendent à travers le joint d'étanchéité de la base et débouchent dans la partie évidée, et un moyen déflecteur (122) dirige l'air en mouvement à travers l'espace d'étanchéité à la poussière. 3. Concasseur giratoire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité compren- nent un élément rapporté (100) à faible frottement. 4. Concasseur giratoire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens élastiques comprennent plusieurs ressorts de compression pouvant s'engager entre le joint d'étanchéité de la base et le châssis de base. 5. Concasseur giratoire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens élastiques comprennent plusieurs plongeurs (90) chargés par des ressorts et pouvant s'engager entre le joint d'étanchéité de la base et le châssis de base, au moins certains.desdits plongeurs (90a) s'ajustant par emboîtement dans lesdits joints d'étanchéité de la base et du cône pour empêcher une rotation relative de ces deux joints. 6. Concasseur giratoire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens à air forcé s'étendent à travers le joint d'étanchéité de la base et débouchent à son extrémité extérieure libre, et un moyen déflecteur (122) est adjacent à ladite extrémité libre et dirige l'air sortant vers le bas jusque dans l'espace d'étanchéité à la poussière. 7. Concasseur giratoire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens à air forcé s'étendent à travers le joint d'étanchéité de la base et débouchent à une extrémité extérieure de ce joint, et un déflecteur (122) est situé sur ladite extrémité extérieure et présente une forme qui inverse l'air sortant et le dirige dans ledit espace d'étanchéité à la poussière. 8. Concasseur giratoire selon la revendication 7, caractérisé en ce que le déflecteur comprend un élément annulaire enclenché par un montage en creux sur ladite extrémité extérieure. 9. Concasseur giratoire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité compren- nent un élément rapporté (100) à faible frottement. 10. Concasseur giratoire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité compren- nent un élément rapporté (100) à faible frottement qui est utilisé en association avec un élément rapporté (106) à faible frottement qui lui est adjacent afin d'établir une disposition espacée entre les joints d'étanchéité de la base et du cône. 11. Concasseur giratoire selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens élastiques comprennent plusieurs ressorts de compression pouvant s'engager entre le joint d'étanchéité de la base et le châssis de base. 12. Concasseur giratoire selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens élastiques comprennent plusieurs plongeurs (90) chargés par des ressorts et pouvant s'engager entre le joint d'étanchéité de la base et le châssis de base, au moins certains desdits plongeurs (90a) s'ajustant par emboîtement dans les deux joints d'étanchéité de la base et du cône pour empêcher toute rotation relative entre ces deux joints. 13. Concasseur giratoire selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens à air forcé comprennent une soufflante (130) et des passages d'air (118, 120) communiquant avec ladite soufflante et dirigeant l'air à travers le joint d'étanchéité de la base vers ledit évidement. 14. Concasseur giratoire selon la revendication 13, caractérisé en ce que les passages drair comprennent un passage annulaire (118) adjacent au joint d'étanchéité de la base, et plusieurs conduits (120) partant du passage à travers le joint d'étanchéité de la base. 15. Concasseur giratoire selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens à air forcé comprennent une soufflante (130) ayant une entrée et une sortie, un filtre (132) à l'entrée de la soufflante pour filtrer l'air arrivant, et des passages d'air (118, 120) communiquant avec la sortie de la soufflante et dirigeant l'air à travers le joint d'étanchéité de la base vers ledit évidement.