Brevet FR2678591A1 — publié le 19930108

"Dispositif d'entraînement pour une installation de bande transportant vers le bas, bande pouvant recevoir un chargement". La présente invention concerne un dispositif pour l'entraînement d'une installation de bande trans- portant vers le bas, au moyen d'un moteur électrique, notamment un moteur à rotor en court-circuit qui est susceptible d'être couplé avec l'arbre d'entraînement de l'installation de bande, par l'intermédiaire d'un accouplement hydraulique hydrodynamique et d'un em- brayage mécanique (dispositif de synchronisation). Un tel dispositif d'entraînement est connu par le document WO 82/04 107 (EP 82 900 960) D'autres dispositifs d'entraînement ultérieurs pour des instal- lations de bande transportant vers le bas sont basés sur des configurations simples, telles par exemple qu'un accouplement élastique de jonction entre le mo- teur électrique et l'arbre d'entraînement de la bande, ou bien un accouplement de démarrage hydrodynamique entre le moteur électrique et l'arbre d'entraînement de l'installation de bande. Dans les dispositifs d'entraînement connus, les différents composants de l'entraînement sont tou- jours dimensionnés de façon qu'ils correspondent au besoin de puissance maximale Rapporté au cas d'appli- cation spécial d'une installation de bande transpor- tant vers le bas, cela signifie que les différents composants des dispositifs d'entraînement sont prévus pour correspondre au besoin maximal de puissance de la bande transportant vers le bas. Dans le cas des installations de bande transportant vers le bas, il se présente toutefois des conditions tout à fait spécifiques Si la bande trans- porteuse est encore vide, c'est-à-dire non chargée, il faut, lors du démarrage, c'est-à-dire lors de la mise en service de l'installation de bande, n'appliquer qu'autant de puissance qu'il est nécessaire pour vain- cre les résistances de frottement aux différents em- placements de paliers Ceci est encore également vala- ble pour des bandes partiellement chargées Lorsque la charge de l'installation de bande croît, le flux de force (du moteur d'entraînement vers l'arbre d'entraî- nement) s'inverse, car la charge de la bande transpor- teuse du fait de son poids propre agissant sur un plan incliné n'exige plus de puissance positive du moteur électrique, mais délivre au contraire à celui-ci une puissance tout à fait génératrice Selon le type d'ex- ploitation de l'installation de bande et selon l'état de charge, les installations de bande transportant vers le bas reçoivent donc de la puissance (du moteur électrique) ou bien elles fournissent de la puissance génératrice (au moteur électrique) Comme déjà men- tionné, les différents composants des dispositifs d'entraînement connus, sont toujours dimensionnés de façon à correspondre au besoin de puissance (généra- trice) maximale. Dans l'exploitation pratique les conditions sont cependant telles que lors du démarrage de la ban- de transporteuse vide, une partie seulement, 10 à 20 %, du besoin de puissance prédéfini par le calcul et ins- tallé est nécessaire Lorsque la charge de la bande transporteuse croît, le besoin de puissance nécessaire pour un fonctionnement au démarrage doit, pour les raisons précédemment mentionnées, être encore plus ré- duit Comme alors cependant, le moteur d'entraînement est dimensionné de façon correspondant au fonctionne- ment en charge ou bien en fonctionnement nominal, il est donc forcément largement trop dimensionné pour le démarrage Ceci a pour conséquence que lors du démar- rage de l'installation de bande, on a un couple d'ac- célération élevé De ce fait, la bande, c'est-à-dire la pièce maîtresse de l'installation de bande, est fortement sollicitée et il se produit notamment des oscillations intensives de traction longitudinales de la bande. Le but de la présente invention est en cons- équence, d'améliorer le comportement au démarrage d'un dispositif d'entraînement du type initialement men- tionné, de façon que le couple d'accélération soit ré- duit, tandis que le besoin élevé de puissance néces- saire pour le fonctionnement nominal n'est pas modi- fié. Ce but est atteint, conformément à l'inven- tion, en prévoyant que l'accouplement hydraulique hy- drodynamique et l'embrayage mécanique peuvent être ac- tivés de façon que: en fonctionnement de démarrage de l'installation de bande, la transmission du couple du moteur électri- que à l'arbre d'entraînement de l'installation de bande s'effectue exclusivement par l'intermédiaire de l'accouplement hydraulique hydrodynamique, dans le fonctionnement en charge (fonctionnement no- minal) de l'installation de bande, lorsque, du fait du transport vers le bas le couple résultant de la charge sur l'installation de bande est négatif, la transmission de ce couple de l'installation de bande au moteur électrique s'effectue exclusivement par l'intermédiaire de l'embrayage mécanique. En d'autres termes, cela signifie que pen- dant le fonctionnement en démarrage, le flux de force va directement du moteur électrique en direction de l'installation de bande par l'intermédiaire de l'ac- couplement hydrodynamique en "évitant" l'embrayage. Lors de l'embrayage, il n'y a donc aucune transmission d'effort vers l'embrayage jouant le rôle de dispositif de synchronisation ou par son intermédiaire Lors du changement de sens du flux de force, par suite de cou- ples de charge négatifs de l'installation de bande (en fonctionnement nominal) c'est-à-dire lors de l'intro- duction d'un couple vers le moteur électrique, la transmission de ce couple s'effectue en "évitant" l'accouplement hydrodynamique, directement dans 1 '- installation de bande vers l'embrayage et de là vers le moteur électrique. L'avantage de cette conception ou configura- tion réside en ce que elle peut être conçue de façon correspondant aux conditions et aux exigences diffé- rentes du processus de démarrage, par l'intermédiaire de l'accouplement hydrodynamique, d'une part, et du fonctionnement nominal avec la coopération de l'em- brayage mécanique, d'autre part L'accouplement hydro- dynamique est prévu de façon correspondante aux be- soins très réduits d'une puissance lors du démarrage. L'embrayage mécanique est prévu de façon correspondant aux besoins de la charge maximale lors du fonctionne- ment nominal, auquel cas la transmission d'effort de l'installation de bande vers le moteur électrique s'effectue alors en évitant l'accouplement hydrodyna- mique. L'invention va être exposée plus en détail ci-après à l'aide des dessins ci-joints. la figure 1 est une représentation de principe d'une installation de bande transportant vers le bas, la figure 2 est un schéma de principe ou un schéma fonctionnel du dispositif d'entraînement, la figure 3 est une représentation schéma- tique d'une unité d'entraînement constituée par un em- brayage mécanique et un accouplement hydrodynamique, la figure 4 est une coupe longitudinale d'un exemple de réalisation de l'embrayage selon la figure 3, la figure 5 est un diagramme du couple mo- teur, la figure 6 est un diagramme du couple de l'arbre d'entraînement de l'installation de bande lors du fonctionnement de démarrage et du fonctionnement nominal. La figure 1 est une représentation de prin- cipe d'une installation de bande 1 transportant vers le bas Cette installation est constituée par une ban- de transporteuse sans fin 4 circulant entre un arbre d'entraînement 2 et un rouleau de renvoi 3 situé plus bas que cet arbre Cette bande transporteuse 4 est chargée en produit à transporter 5 au voisinage de l'arbre d'entraînement 2 et transporte ce produit de façon correspondante à l'angle d'inclinaison a de la bande transporteuse 4 vers une station basse ou sta- tion de réception se situant au voisinage du rouleau de renvoi 3. Sur la figure 2 est représenté, sous la for- me d'un schéma de principe, un dispositif d'entraîne- ment 10, au moyen duquel sera entraîné l'arbre d'en- traînement 2 d'une installation de bande 1 transpor- tant vers le bas L'énergie nécessaire pour l'exploi- tation de l'installation de bande 1 est délivrée par un moteur électrique 11 qui est de préférence, un mo- teur à induit en court-circuit. Conformément à la présente invention, le mo- teur électrique 11 agit lors du démarrage, c'est-à- dire lors de la mise en service de l'installation de bande 1, tout d'abord (voir flèche X) sur un accouple- ment hydrodynamique 12, qui est dimensionné de façon appropriée par rapport aux besoins réduits de puissan- ce nécessaire pour le fonctionnement au démarrage. L'accouplement hydrodynamique 12 agit de son côté sur l'arbre d'entraînement 2 de l'installation de base 1 et met celle-ci en mouvement de façon correspondant à la courbe caractéristique du moteur électrique 11 ou bien à la parabole de démarrage de l'accouplement hy- draulique 12. Lorsque la bande transporteuse 4 de l'- installation de bande 1 n'est pas chargée, l'énergie nécessaire pour sa mise en route n'est finalement que celle nécessaire pour vaincre les efforts de frotte- ment et les efforts sur les paliers de l'installation de bande 1. Si, en pratique, l'installation de bande 1 est chargée, alors la bande transporteuse 4 subit pro- gressivement des efforts d'accélération par l'intermé- diaire duquel, finalement, l'arbre d'entraînement 2 de l'installation de bande 1 est progressivement sollici- té de façon qu'à proprement parlé, il ne s'effectue plus du tout de prélèvement de puissance sur le mo- teur Le moteur électrique 11 est désormais exploité en générateur par l'intermédiaire de l'arbre d'entraî- nement 2 de l'installation de bande 1 Pour éviter alors, dans ce cas, que l'installation de bande 1 non freinée accélère, il est inséré entre l'installation de bande 1 et le moteur électrique 11, un embrayage mécanique 13 qui agit en tant que dispositif de syn- chronisation dans la mesure o il maintient impérati- vement le synchronisme entre la vitesse de la bande et la fréquence de réseau du moteur électrique 11. Dans le fonctionnement nominal ou fonction- nement en charge de l'installation de bande 1 (voir flèche Y), le moteur électrique 11 est ainsi exploité en générateur, le synchronisme étant garanti par l'in- termédiaire de l'embrayage mécanique 13. La figure 3 est une représentation schémati- que d'un dispositif d'entraînement constitué par un embrayage mécanique et un accouplement hydrodynamique. L'accouplement hydrodynamique 12 représenté sur cette figure, pour l'accouplement du moteur électrique 11 avec l'installation de bande 1, éventuellement pendant le fonctionnement au démarrage, est constitué par une roue à aubes primaire 21 reliée rigidement (voir liai- son 40) avec un arbre primaire 20 (arbre moteur) et une coquille 22 associée à cette roue Il est prévu coaxialement à l'arbre primaire 20, un arbre secondai- re 30 (arbre de sortie) avec une roue à aubes secon- daire 31 qui est couplée à l'arbre d'entraînement 2 de l'installation de bande 1 La coquille 22 de la roue à aubes primaire 21 est supportée sur l'arbre secondaire 30 par l'intermédiaire d'une paire de paliers à roule- ment 19. Sur l'arbre secondaire (arbre de sortie) 30 est fixé un corps d'embrayage 32 qui comprend deux disques internes d'embrayage, à savoir un disque d'em- brayage rigide 33 et un disque d'embrayage mobile axialement 34 Dans le corps d'embrayage 32 est en ou- tre disposée une chambre de pression cylindrique annu- laire 35 avec un piston annulaire 36 susceptible d'ê- tre déplacé axialement et servant à actionner l'em- brayage mécanique 13 Enfin, il est encore annexé au corps d'embrayage 32, une chambre de réserve 37 dont le diamètre libre est notablement plus petit que celui de la chambre de pression 35 La chambre de réserve 37 est en communication avec la chambre de pression 35 par l'intermédiaire d'une canalisation de liaison 38 susceptible d'être commandée par l'intermédiaire d'une soupape 41, ainsi que par l'intermédiaire d'au moins deux canaux 42 de re-remplissage à l'arrêt décalés de 1800 La chambre de pression 35 et, éventuellement la chambre de réserve 34, sont, selon l'état de fonction- nement, remplies d'un liquide Pour compléter, il y a lieu de remarquer que les deux disques d'embrayage 33/34 du corps d'embrayage 32 sont reliés ensemble par l'intermédiaire de ressorts de pression 39. Des éléments mécaniques 32 et 39 qui vien- nent d'être décrits, constituent l'une des parties fonctionnelles de l'embrayage mécanique 13 Cette moi- tié d'embrayage est reliée à l'arbre secondaire 30. Une seconde moitié d'embrayage constituée par les élé- ments 23 et 24 est rigidement couplée à l'arbre pri- maire (voir liaison 40). Le mode de fonctionnement du dispositif d'entraînement représenté sur la figure 3 est le sui- vant: Au démarrage le couplage entre le moteur 11 ou l'arbre primaire 20 et l'installation de bande 1 ou l'arbre secondaire 30 est uniquement basé sur l'action de l'accouplement hydrodynamique 12 En ce qui concer- ne l'embrayage mécanique 13, les ressorts de pression 39 maintiennent cet embrayage 13 ouvert au repos et au démarrage La rotation de l'arbre secondaire 30 a pour conséquence que dès que le liquide est entraîné en ro- tation, une pression dépendant de la vitesse de rota- tion s'établit Cette pression provoque un passage de liquide de la chambre de réserve 37 dans la chambre de pression 35, et ceci par suite de l'ouverture d'une soupape 41 actionnée par la force centrifuge, qui se trouve sur la canalisation de liaison 38 Dans la chambre de pression 35, la pression du liquide s'élève parce que, dans cette chambre, le liquide tourne à une grande distance de l'axe de rotation Lorsque la vi- tesse de rotation à la fin du processus de démarrage a suffisamment augmenté, et lorsqu'en conséquence, l'ef- fort de pression agissant sur le piston annulaire 36 dépasse la force de rappel des ressorts de pression 39, le piston annulaire 36 ferme l'embrayage mécanique 13 En fonctionnement en charge, ou fonctionnement no- minal, l'installation de bande 1 est ainsi exclusive- ment couplée avec le moteur électrique par l'intermé- diaire de l'embrayage mécanique 13. Sur la figure 4 est représentée une forme de réalisation possible du dispositif d'entraînement se- lon la figure 3 Tous les éléments constitutifs essen- tiels sont dans cette figure désignés par les mêmes références que sur la figure 3. L'arbre primaire 20 et l'arbre secondaire 30 sont disposés co-axialement l'un par rapport à l'au- tre L'arbre primaire 20 est relié par l'intermédiaire de la liaison rigide 40 avec la seconde moitié, cons- tituée par les éléments 23 et 24, de l'embrayage méca- nique 13 avec l'accouplement hydrodynamique 12 La première moitié de l'embrayage mécanique 13, consti- tuée par les éléments 32 à 39 décrits en liaison avec la figure 3, se situe quasi à l'intérieur dans l'espa- ce libre délimité par la liaison 40 et la seconde moi- tié de l'embrayage mécanique 13. Le disque fixe d'embrayage 33 est, pour des raisons de technique de fabrication, réalisé en deux parties Les deux parties sont reliées à l'arbre se- condaire 30 en formant une unité fonctionnelle La partie 33 placée en face de la liaison 40 est consti- tuée et intégrée dans l'agencement de façon telle qu'elle délimite, d'une part, la chambre de pression et d'autre part, la chambre de réserve 37 L'em- brayage mécanique 13 est représenté à l'état ouvert, c'est-à-dire que le piston annulaire 36 s'applique avec presque sa surface frontale totale (la surface gauche sur le dessin), de sorte que le liquide est presque complètement refoulé dans la chambre de réser- ve 37 Dans ce cas, le liquide est presque complète- ment séparé du piston annulaire 36 Ceci s'effectue à l'état de repos par l'intermédiaire d'au moins un des multiples canaux de re-remplissage au repos 42. La canalisation de liaison 38 allant de la chambre de réserve 37 à la chambre de pression 35 est tout d'abord fermée par la soupape 41 Cela signifie que pendant le processus de démarrage, presque aucune pression de liquide ne peut s'établir sur le piston annulaire 36 Ce n'est que lorsqu'est atteinte la vi- tesse de rotation synchrone du moteur que la soupape 41 dépendante de la force centrifuge s'ouvre et que le liquide pénètre dans la chambre de pression 35. La pression du liquide s'établissant alors rapidement dans la chambre de pression 35 provoque la fermeture de l'embrayage mécanique 13. Sur la figure 5 est représenté un diagramme de la courbe caractéristique TM du moteur, ainsi qu'en superposition la parabole de démarrage P de l'accou- plement hydrodynamique 12 La vitesse de rotation N 1 du moteur est indiquée en abscisses et le couple de rotation T du moteur est indiqué en ordonnées. Lors de la mise en circuit du moteur élec- trique 11, c'est-à-dire lors de la mise en service de l'installation de bande 1, on a, pour les moteurs à rotor en court-circuit du type connu et utilisé dans il ce cas, la courbe caractéristique du moteur TM repré- sentée, selon laquelle est sollicité l'accouplement hydrodynamique 12 Par l'intermédiaire de la parabole de démarrage P indiqué sur le même diagramme, on peut voir que le moteur électrique 11 coupe cette parabole de démarrage P avant d'avoir atteint sa vitesse de ro- tation N 5 correspondant à la fréquence du réseau. Sur la figure 6 est représenté un diagramme du couple de rotation TB agissant sur l'arbre d'en- traînement 2 de l'installation de bande 1 et transmis à partir de l'accouplement hydrodynamique 12 La vi- tesse de rotation N 2 de la bande est indiquée en abs- cisses tandis que le couple agissant sur l'arbre d'en- traînement de l'installation de bande est indiqué en ordonnées. Au démarrage, c'est-à-dire lorsque le flux de force est dirigé par l'intermédiaire de l'accouple- ment hydrodynamique 12 du moteur électrique 11 vers l'installation de bande 1, un couple TL agit sur la bande vide Sur la bande complètement chargée, agit un couple de charge Tv Le diagramme montre en outre, que pour le démarrage de la bande 4, une puissance positi- ve du moteur électrique Il est nécessaire, tandis que pour la bande transporteuse 4 pleinement chargée, à la fin du processus de démarrage, c'est-à-dire lorsque la vitesse de rotation du moteur et la vitesse de la ban- de sont en synchronisme, un couple négatif (couple de charge) et donc une puissance génératrice, est déli- vrée A l'état vide de la bande transporteuse, la vi- tesse de rotation de la bande est alors constamment inférieure à la vitesse de rotation du moteur. Après que la vitesse de rotation synchrone ait été atteinte, le couple de la bande transporteuse 4 correspond à celui du moteur électrique 11, auquel cas le couple moteur T D agit contre l'accélération propre de la bande jusqu'à ce que le point de fonc- tionnement B soit atteint. * En comparant les diagrammes des figures 5 et 6, on peut voir notamment que du fait de la relation entre la courbe caractéristique TM du moteur et la pa- rabole P de l'accouplement hydrodynamique 12, des cou- ples d'accélération TG agissent sur la bande transpor- teuse 4 vide. REVENDICATION Dispositif pour l'entraînement d'une instal- lation de bande transportant vers le bas, au moyen d'un moteur électrique, notamment un moteur à rotor en court-circuit qui est susceptible d'être couplé avec l'arbre d'entraînement de l'installation de bande, par l'intermédiaire d'un accouplement hydraulique hydrody- namique et d'un embrayage mécanique (dispositif de synchronisation), dispositif caractérisé en ce que l'accouplement hydraulique hydrodynamique ( 12) et l'embrayage mécanique ( 13) peuvent être activés de fa- çon que: en fonctionnement de démarrage de l'installation de bande ( 1), la transmission du couple du moteur élec- trique ( 11) à l'arbre d'entraînement ( 2) de l'ins- tallation de bande ( 1) s'effectue exclusivement par l'intermédiaire de l'accouplement hydraulique hydro- dynamique ( 12), dans le fonctionnement en charge (fonctionnement no- minal) de l'installation de bande ( 1), lorsque du fait du transport vers le bas, le couple résultant de la charge sur l'installation de bande ( 1) est né- gatif, la transmission de ce couple de l'installa- tion de bande ( 1) au moteur électrique ( 11) s'effec- tue exclusivement par l'intermédiaire de l'embrayage mécanique ( 13).