Brevet FR2648443A1 — publié le 19901221

"Obturateur de trémie doseuse de produits particulaires, notamment produits sensibles à l'agglomératlont L'invention se rapporte à un obturateur pour régler l'écoulement d'une trémie de dosage de produits partlculalres, partlcullèrement produits tendant å s'agglomérer, la trémle comportant des parois convergeant vers une ouverture inférieure de distribution, l'obturateur comportant un noyau à axe vertlcal terminé par un casque en coln de dimensions proportlonnées à l'ouverture pour en réduire la surface de passage, le noyau comportant des moyens de suspension tels que le casque solt mobile suivant l'axe du noyau entre une première position où l'écoulement est arrêté, et une seconde position correspondant à une surface de passage maxlmale. Le dosage des constituants d'un mélange en particules, tel qu'un matériau pour travaux publics ou travaux routiers, se fait généralement à partlr de trémles doseuses affectées aux divers constituants, qui sont chargées soit en continu (par bande transporteuse1, solt en discontinu (par chargeuse frontale). L'écoulement des matériaux constituants à travers l'ouverture inférieure des trémies dépend de nombreux facteurs relatifs au matériau : granulométrie, forme des particules, teneur en eau du constltuant, teneur en particules fines ou colmatantes, alnsl que de la géométrie de la trémie, et de la rugosité des parols. La régularité de l'écoulement devient difficile à obtenir lorsque le produit dosé contient beaucoup d'éléments fins ou collants, et présente une teneur en eau relativement élevée, ce qu'on exprimera générlquement par une tendance à l'agglomératlon. Le Matériau présente une rhéologie anisotrope et l'écoulement se fait par paquets qui se détachent de la masse suivant des surfaces de rupture. Lorsque ces surfaces de rupture se raccordent pour constltuer une voûte approximativement tangente aux dlrectlons de compression, l'écoulement se bloque complètement. On a utilisé des vlbrateurs fixés aux parols convergentes des trémies. Dans certains cas, l'action des vlbrateurs s'est révélée bénéfique en améliorant l'isotropie de la rhéologle. Dans d'autres cas, l'action des vibrateurs est plutôt néfaste, en favorisant l'agglomération dans les couches qui surmontent une voûte, tassées par la convergence des parols de trémle. En étudlant les conditlons d'écoulement d'un matériau qul présente une tendance à s'agglomérer le long d'une paroi, on a constaté que l'écoulement étalt réguller lorsque la paroi était lisse, et surtout lorsque la parol vibralt dans son plan. Or une vibration d'ensemble des parols de trémie exigerait une pulssance considérable pour obtenir une amplltude sufflsante d'autant que les pieds de support de la trémie la solldarlsent avec le sol, et cette vlbratlon ne peut être dans le plan de l'ensemble des parois, celles-ci étant convergentes. En outre les vibrateurs utilisables sont généralement du type à balourd, qui engendre des vibratlons circulaires. Aussi, pour que les trémies doseuses acceptent des matériaux qui ont une tendance à s'agglomérer telle que ces matériaux bloquent les dispositifs usuels, l'invention propose un obturateur tel que défini cl-avant, caractérlsé en ce que le casque se prolonge vers le haut du noyau par des ailes planes verticales, le noyau étant équipé de moyens vlbrants aptes à lul imprimer un mouvement vibratoire essentiellement vertlcal. Grâce à ces dispositions, le noyau seul est mis en vibration, et sa liaison avec les masses environnantes est lâche, de sorte que l'amplltude de vibration suffisante n'exige qu'une pulssance modérée. La vibration produlte, verticale, se trouve dans le plan de chacune des ailes, puisque ces plans sont vertlcaux. Ces ailes cloisonnent le contenu de la trémie et coupent les surfaces où pourraient se créer des voûtes. Les résultats expérlmentaux confirment l'efficacité de ces dispositions pour la régularité des écoulements. On notera que les pans du casque sont de surface faible par rapport à celle des alles, et ne définissent qu'un volume limité, conjolntement avec les parols de trémie, où le produit est tassé. De préférence, l'ouverture étant étendue dans le plan horizontal et le noyau y étant engagé, le casque présente une section courante dans un plan horizontal décroissant régulièrement depuis une base jusqu'à un sommet en passant par une section d'occluslon où les dimensions de la sectlon courante sont respectivement supérieures, inférieures et égales à celles de l'ouverture et est moblle entre la première position, haute, où la sectlon d'occlusion obture l'ouverture, et la seconde position, basse. En disposition préférée, l'ouverture intérieure est rectangulaire avec de grands côtés nettement plus longs que les petlts côtés, et le casque est conformé en toit a'vec deux pans principaux, correspondant aux grands côtés de l'ouverture, en trapèzes isocèles accolés par leurs petltes bases suivant une arête sommitale horizontale, et deux pans complémentaires en triangles isocèles accolés chacun par leurs côtés égaux à ceux des pans prlnclpaux suivant quatre arêtes obllques, le noyau comportant une alle centrale rectangulaire partant de l'arête sommitale, et quatre ailes d'angles, partant chacune d'une arête oblique et se rellant par paires à l'aile centrale sulvant un côté vertical. De préférence, les ailes centrale et d'angles se terminent vers le haut du noyau par des bords supérieurs dans un plan sensiblement horizontal, à un nlveau proche mals au plus égal à celui des bords de trémie, lorsque le noyau est en position haute. Le clolsonnement, qui empêche la formation de voûte, se continue ainsi jusqu'au-delà de la surface supérieure du matériau contenu dans la trémie ; toutefois le cloisonnement ne jouera pas au chargement. Pour compléter le clolsonnement, les alles d'angles se terminent latéralement par des bords inclinés, approximativement parallèles aux parois voisines de trémie. En disposition préférée, les moyens vibrants sont constltués d'une paire de vibrateurs à balourd dlsposés dans le casque avec des moments de rotation antiparallèles et un calage en phase par rapport à la vertlcale. Les moments de rotation antiparallèles signifient que les axes de rotation sont parallèles et que les vibrateurs tournent en sens inverse, vus d'un côté. Le calage en phase par rapport à la verticale impose que les deux excentriques de balourd passent simultanément à la verticale de leur axe de rotation, en dessus et en dessous. En décomposant les forces de vibration en composantes respectivement vertlcales et horizontales, on comprend que les composantes verticales s'ajoutent tandis que les composantes horizontales se compensent. La résultante est donc purement verticale. Pour que les quatre pans du casque aient une position correspondante vis-à-vis des bords de l'ouverture inférieure de distribution, ainsi que des comportements à l'égard du matériau à doser comparables, il est bon que les lignes de plus grande pente de ces pans soient également inclinées sur 1 'horizontale. En disposition préférée, les moyens de suspension du noyau comportent des liens, aptes à ne transmettre que des forces de traction. Cela autorise une obturation convenable de l'ouverture de distribution de la trémie, et amortit pratiquement intégralement la transmlsslon des vibrations du noyau à la trémie. D'autres caractéristiques et les avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente une trémie doseuse équlpée d'un obturateur selon l'invention, en coupe vertlcale la figure 2 est un détail avec l'obturateur ouvert la figure 3 est une perspective schématique d'une trémle avec un obturateur selon l'invention la flgure 4 est une coupe verticale d'une trémie avec un obturateur selon l'invention, en dlrection longitudinale de cet obturateur la figure 5 est une vue du dessus de la trémie de la figure 4 la figure 6 est un schéma du couplage de deux vibrateurs à balourd pour obtenir une vibration vertlcale. On notera que, pour la clarté des figures, on a sacrifié l'exactitude des proportions pour privilégier certaines dispositions en exagérant leurs dimensions. Selon la forme de réalisation choisie et représentée aux figures 1 à 5, une trémie doseuse I dans son ensemble comporte une ossature de poutres 10 qui soutient les parois de trémie 11 à 14 en maintenant une ouverture de distribution 15 à une distance du sol.suffisante pour qu'une benne de réception pulsse se disposer sous l'ouverture 15. Les parois 11 à 14, en dessous de parols verticales non référencées, et omises en figure 3 pour mettre en valeur des dispositions spécifiques, convergent vers l'ouverture 15, qul s'étend dans un plan vertical et présente une forme rectangulaire définie par les bords inférieurs des parois 11 à 14. L'obturateur de dosage est constitué par un noyau 2, à axe vertical et engagé dans l'ouverture 15. Ce noyau est réglable en hauteur grâce à des moyens de suspension constitués par des chaînes ou des câbles 31 et 32 passant sur des poulles telles que 36. A sa partie inférieure, le noyau 2 comporte une pièce 20, dite casque, en forme de toit, avec deux pans principaux 21 et 23, en trapèzes isocèles, accolés par leurs petites bases suivant une arête horizontale 50 ou arête sommitale, qui définit la direction longitudinale du noyau ; la forme de tolt est complétée par des pans complémentaires 22 et 24, en triangles isocèles avec des côtés égaux de même longueur que les côtés égaux des pans principaux 21 et 23 en trapèzes isocèles. Ces pans complémentaires s'accolent par leurs côtés égaux chacun respectivement à l'un des côtés égaux des pans principaux, sulvant quatre arêtes obliques 51, 52, 53, 54. Le casque 20 présente alnsl une section horizontale courante rectangulaire, qui décroît régulièrement depuis une base 20c jusqu'au sommet constitué par l'arête 50, en passant par une section, qui sera dite d'occlusion, 20d ; les dimenslons de la base 20c sont supérieures à celles de l'ouverture 15, celles de l'arête sommltale 50 sont inférieures à celles de l'ouverture, et celles de la section d'occlusion 20d sont égales à celles de l'ouverture 15. On comprend que, en élevant le noyau 2 jusqu'à ce que le casque 20 prenne contact avec l'ouverture 15 suivant sa section d'occlusion 20d on obture cette ouverture 15 ; le noyau sera dlt en posltion haute. Par ailleurs, en relâchant les moyens de suspenslon 31, 32, on fait descendre le casque, et on dégage des intervalles de passage entre le casque 20 et les côtés de l'ouverture 15, comme représenté figure 2. Dans l'exemple décrit, les pans 21, 22, 23, 24 présentent des lignes de plus grande pente également inclinées sur l'horizontale ; on comprend qu'ainsi, la descente du noyau 2 ménage entre casque 20 et. ouverture 15 quatre intervalles d'égale largeur, ce qui est bien entendu favorable pour un réglage contrôlé du déblt de distribution. Au-dessus du casque 20, le noyau 2 se prolonge vers le haut par des ailes planes vertlcales 25 et 26 à 29 (figures 3 et 5 plus partlcullèrement). Ces ailes comprennent une aile centrale 25, rectangulaire et qui part de l'arête sommitale 50, et quatre ailes d'angles 26 à 29 qui partent respectlvement des arêtes obliques 51 à 54. Ces ailes d'angles se raccordent par paires 26, 27 ; 28, 29, aux côtés verticaux de l'aile centrale 25. Les alles 25 à 29 se terminent par des bords supérieurs qul se situent dans un plan sensiblement horizontal, à un niveau proche, mais au plus égal à celul du haut de trémle. On remarquera qu'alnsi les bords supérieurs des alles 25 à 29 émergeront en permanence du produit chargé dans la trémie, sans toutefois allonger le noyau excessivement dans le sens de la hauteur. Par ailleurs. les ailes d'angles 26 à 29 se terminent latéralement par des bords inclinés, qui sont approximativement parallèles aux parois voisines 11 à 14 de la trémie 1. Les ailes d'angles 26 à 29 s'étendent donc jusqu'à proximité des parois de trémie, sans toutefois venir en contact avec ces parois, même avec le noyau 2 en posltlon basse. Les ailes 25 à 29 détermlnent quatre zones presque séparées dans le matériau. Comme représenté figures 1 et 2, le casque 20 contlent une paire de vibrateurs à balourd 20a, 20b. Ceux-ci sont couplés mutuellement de telle sorte qu'ils présentent des moments de rotation antiparallèles et soient en phase par rapport à la vertlcale. On rappelle que le moment de rotation d'un corps est un vecteur, colinéaire à l'axe de rotation, avec une longueur proportionnelle à la vitesse de rotation et un sens déterminé par le sens de rotatlon. L'antlparallélisme des moments implique donc que les axes de rotation solent parallèles, et que les sens de rotation soient opposés, lorsque l'on regarde les vibrateurs d'un même côté des axes. En se reportant à la figure 6, les moments de rotatlon sont perpendiculaires au plan de figure, l'un dirigé vers l'observateur et l'autre dans le sens opposé. Sur la figure 6, les vibrateurs à balourd 20a et 20b sont symbolisés par des masses 41a, 41t, tournant excentrées autour de centres de rotation 40a, 40b, respectivement, dans les sens 42a et 42b respectlvement. Le couplage en phase par rapport à la verticale signifie que les vltesses de rotation sont égales, et que l'origine des phases est sur un axe vertical, autrement dlt que les masses 41a et 41b passent à la vertlcale de leurs centres de rotation respectifs 40a, 40b slmultanément au-dessus et au-dessous. Les forces centrifuges qui s'exercent sur les masses tournantes 41a et 41b sont collnéaires aux rayons 40a-41a et 40b-41b, et proportionnelles à ces rayons, de sorte que la composition des forces est semblable à la composltlon des vecteurs constltués par ces rayons. On voit clairement que les projections 43a, 43b de ces rayons sur un axe horizontal sont égales et de sens contralre, tandls que les projections 44a, 44b de ces rayons sur un axe vertical sont égales et de même sens. La résultante horlzontale est nulle, et la résultante verticale 45 est le double des projections verticales, solt 44a + 44b. Ainsi la paire de vibrateurs couplés 20a, 20b engendre une vibration verticale du noyau 2. Les ailes 25 et 26-29 vibrent dans leur plan et parallèlement à leurs surfaces de contact avec le matériau contenu dans la trémle, de sorte que la vibratlon n'est pas transmlse au matériau et ne peut le tasser. Seuls les pans du casque vibrent obllquement par rapport à leur surface de contact avec le matériau : mais cette surface est réduite et n'intéresse qu une masse faible de ce matériau, d'autant que, pour les parties du casque situées en dessous de l'ouverture 15 lnférleure de la trémie, à une position intermédiaire entre la position haute d'obturation et la position basse, le matérlau est en couche à surface extérieure libre. Pratiquement, la vibration des ailes 25 et 26-29 annihile le frottement entre le matériau partlculaire contenu dans la trémie et ces ailes. La formation dans le matériau de voûtes arc-boutées sur les parols convergentes de trémie 11- 14 est ainsi empêchée, les ailes coupant ces voûtes à leur clé. L'extension des ailes d'angles 26-29, dont les bords inclinés parviennent à proximité des parois de trémie 11-14 assure que l'effet de coupure des voûtes s'étend à l'ensemble du matériau contenu. Expérimentalement, avec un matériau riche en arglle et mouillé contenant plus de 40 * de particules de dlmensions inférieures à 80 um et un indice de plasticité de 50, on a obtenu des écoulements réguliers permettant un dosage précis, alors que, dans une trémie doseuse classique, l'écoulement se bloquait. On remarquera que la suspension du noyau à l'ossature 10 se fait au moyen de liens souples, chalnes ou câbles, 31, 32, disposés en oblique de façon que les poulies de renvoi 36 se trouvent à l'extérieur de l'entrée supérleure de trémie et ne gênent pas le chargement. Ces liens ne transmettent que des forces de traction. I1 en résulte que le couplage du noyau 2 à l'ossature 10 est très faible pour les vibrations. L'amplitude de vibration du noyau 2 est donc proportionnelle au rayon de balourd, dans le rapport de la masse des balourds à celle du noyau. Bten que seuls deux liens 31, 32 aient été représentés, il sera préférable que chacun de ces liens soit dédoublé et qu'alnst quatre liens partent vers les angles de la trémie, pour assurer le centrage du noyau, et éviter des balancements. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux dispositions décrites dans l'exemple, mais en embrasse toutes les variantes d'exécution, dans le cadre des revendications. Notamment la forme de la trémie n'est pas imposée, nl la forme du casque. Ce casque, qul présente une forme de coln adapté à la forme de l'ouverture, peut étrangler l'ouverture, soit en remontant, comme il a été décrit, ou en descendant. Il n'est pas indispensable que l'ouverture solt totalement obturée par le casque, lorsque le produit, telle une crale, présente une forte tendance à l'agglomératlon. L'arrêt de l'écoulement peut s'obtenir simplement en arrêtant les vibrateurs. REVENDICATIONS 1. Obturateur pour régler l'écoulement d'une trémie (1) de dosage de prodults particulaires, particulièrement produits tendant à s'agglomérer, la trémie comportant des parois (11-14) convergeant vers une ouverture (15) inférieure de distribution, l'obturateur comportant un noyau (2) à axe vertical, termlné par un casque (20) en coin de dimensions proportionnées à l'ouverture (15) pour en rédulre la surface de passage, le noyau comportant des moyens de suspenslon (31, 32) tels que le casque (20) soit moblle suivant l'axe du noyau (2) entre une première positlon où l'écoulement est arrêté et une seconde position correspondant à une surface de passage maximale, caractérlsé en ce que le casque (20) se prolonge vers le haut du noyau (2) par des ailes planes vertlcales (25, 26-29), le noyau étant équipé de moyens vlbrants (20a, 20b) aptes à lui imprimer un mouvement vibratoire essentlellement vertical. 2. Obturateur selon la revendication 1, caractérlsé en ce que, l'ouverture (15) étant étendue dans un plan horlzontal, le noyau (2) y est engagé et le casque (20) présente une sectlon courante dans un plan horlzontal décroissant régulièrement depuls une base (20c) jusqu'à un sommet (50) en passant par une section d'occluslon (20d) où les dimensions de la section courante sont respectivement supérieures, inférieures et égales à celles de l'ouverture (15) et est moblle entre la première position, haute, où la sectlon d'occlusion obture l'ouverture (15), et la seconde position, basse. 3. Obturateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que, l'ouverture inférieure (15) étant rectangulaire avec de grands côtés nettement plus longs que les petits côtés, le casque (20) est conformé en toit avec deux pans principaux (21, 23), correspondant aux grands côtés de l'ouverture (15). en trapèzes isocèles accolés par leurs petltes bases sulvant une arête sommitale (50) horlzontale, et deux pans complémentaires (22, 24) en triangles isocèles accolés chacun par leurs côtés égaux à ceux des pans principaux (21, 23) sulvant quatre arêtes obliques, le noyau (2) comportant une aile centrale rectangulaire (25) partant de l'arête sommitale (50) et quatre ailes d'angles (26-29) partant chacune d'une arête oblique (51-54), et se reliant par paires (26, 27 ; 28, 29) à l'aile centrale (25) suivant un côté vertlcal. 4. Obturateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les alles, centrale (25) et d'angles (26-29), se terminent vers le haut du noyau par des bords supérieurs dans un plan sensiblement horizontal, à un niveau proche mais au plus égal à celui des bords de trémie (1), lorsque le noyau (2) est en position haute. 5. Obturateur selon l'une des revendications 3 et 4, caractérlsé en ce que les alles d'angles (26-29) se terminent latéralement par des bords inclinés, approxima- tivement parallèles aux parois (11-14) voisines de trémle (1). 6'. Obturateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérlsé en ce que les moyens vibrants sont constltués d'une paire (20q, 20b) de vibrateurs à balourd disposés dans le casque (20), avec des moments de rotation antiparallèles et un calage en phase par rapport à la verticale. 7. Obturateur selon une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les pans, tant principaux (21, 23) que complémentaires (22, 24), présentent des lignes de plus grande pente également inclinés sur l'horizontale. 8. Obturateur selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérlsé en ce que les moyens de suspension comportent des liens (31, 32) aptes à ne transmettre que des forces de traction.