Brevet FR2697175A1 — publié le 19940429

PROCEDE DE CONCASSAGE ETB OU BROYAGE DE MATERIAUX AVEC UN DISPOSmF A Em?Ts VIBRAOIRES ET LA MACHINE METTANT EN OEUVRE LE PROCEDE L'invention se rattache au secteur technique des appareils et matériels assurant le concassage et le broyage de différents types de matériaux et en particulier de pierres, cailloux et similaires. I1 existe actuellement sur le marché de nombreux broyeurs etlou concasseurs qui fonctionnent de manière satisfaisante. Ces appareils ont néanmoins une capacité de broyage ou concassage limitée et, pour obtenir des matériaux traités très fins, il est nécessaire souvent d'utiliser une batterie de concasseurs et broyeurs permettant de traiter les matériaux successivement avec des grosseurs de grains dégressives. L'utilisation de ces batteries de matériels est coûteuse, nécessite de nombreuses manipulations et interventions, et exige un temps opératoire relativement long. Le but recherché selon l'invention était de concevoir une nouvelle machine qui soit à même de traiter les matériaux à concasser ou à broyer de toutes tailles désirées en évitant ainsi l'utilisation d'une batterie d'appareils existants. Un autre but recherché était de concevoir une machine de conception simple, de réglage aisé pour répondre au problème posé. Selon une première caractéristique, la machine de concassage etlou de broyage de matériauX est remarquable en ce qu'elle comprend deux formes de broyage entre lesquelles est introduit des matériaux à concasser et à broyer, l'une au moins des formes étant soumise à très grande vitesse à des effets de vibrations à direction variable engendrés par un dispositif comprenant des moyens à balourds variables permettant en combinaison avec un dispositif de déphasage d'autoriser la variation de force d'écrasement, ainsi que l'amplitude ou course des formes de broyage et de désintégration des matériaux traités entre les formes de broyage. Selon une autre caractéristique, les vibrations sont unidirectionnelles à direction fixe. Selon une autre caractéristique, les vibrations sont unidirectionnelles à direction variable. Selon une autre caractéristique, la machine de concassage et/ ou broyage de matériaux, est remarquable en ce qu'elle comprend deux formes de broyage dont une au moins est articulée et mobile, et entre lesquelles sont introduits les matériaux à concasser et à broyer, la ou les formes mobiles étant soumises à un mouvement d'effets vibratoires à très grande fréquence autorisant le rapprochement des formes mobiles entre elles ou de la forme fixe et de la forme mobile en assurant ainsi la désintégration des matériaux traités. Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront bien de la suite de la description. Pour fixer l'objet de l'invention illustré non limitativement aux figures des dessins où: La figure 1 est une vue à caractère schématique montrant une première réalisation et mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La figure 2 est une vue à caractère schématique semblable à la figure 1 dans une variante de réalisation. La figure 3 est une vue à caractère schématique semblable à la figure 1 dans une variante de réalisation. La figure 4 est une vue à caractère schématique semblable à la figure 1 dans une variante de réalisation. Les figures 5A, 5B, 5C, 5D, 5E sont des vues à caractère schématique montrant divers profils de forme de broyage. La figure 6 est une vue à caractère schématique montrant une autre réalisation et mise en oeuvre du procédé selon l'invention, avec la mise en oeuvre d'effets de vibrations unidirectionnelles. La figure 7 est une vue en variante selon la figure 6. La figure 8 est une vue en variante selon la figure 6. La figure 9 est une vue en variante des figures précédentes avec l'application d'une direction variable de la force unidirectionnelle appliquée à l'une ou les deux formes de broyage. La figure 10 est une vue de face et à caractère schématique montrant une première réalisation d'une machine selon l'invention mettant en oeuvre un procédé de concassage et broyage à l'aide d'un dispositif à effets vibratoires. La figure 11 est une vue de côté selon la figure 10. La figure 12 est une vue en variante de la machine selon la figure 10 en position verticale. Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit maintenant d'une manière non limitative aux figures des dessins. La machine selon l'invention comprend deux formes de broyage (1 2) entre lesquelles sont introduits les matériaux (M) à concasser et à broyer. La ou les formes mobiles sont soumises selon l'invention à un mouvement d'effets vibratoires à très grande fréquence, et notamment dans une amplitude pouvant varier entre 50 et 150 hertz, qui permet ainsi un broyage des matériaux soumis à une succession de chocs très rapides provoquant leur désintégration en fine poussière ou en grains de dimensions désirées selon les réglages effectués du dispositif vibratoire. Dans une première mise en oeuvre illustrée figure 1, les deux formes de broyage (1 et 2) sont montées mobiles avec une capacité élastique de déplacement due à des moyens respectivement (3 et 4) fixés par rapport à un plan d'appui (5). La forme de broyage (1) est montée libre. La forme de broyage (2) est montée élastique en étant soumise par un moyen (6) à un effet vibratoire soumettant la masse de la forme de broyage (2) à une vibration multidirectionnelle. Selon la figure 2, la forme de broyage (1) est articulée par l'intermédiaire d'un support d'articulation (7) à la forme de broyage (2) qui est montée élastique et soumise à une vibration multidirectionnelle. Selon la figure 3, les formes de broyage (1 et 2) peuvent être montées indépendantes avec une capacité élastique de mouvement selon la figure 1 ou avec une articulation de la forme de broyage (1) par rapport à la forme de broyage (2). Dans cette mise en oeuvre, les deux formes de broyages (1 et 2) comprennent un moyen (6) permettant un mouvement vibratoire multidirectionnel des deux formes précitées. Dans la mise en oeuvre de la figure 4 qui est un développement de la mise en oeuvre selon la figure 3, il est prévu une synchronisation mécanique des vibrations entre les formes de broyage (1 et 2) par l'adjonction d'un élément de liaison (8) du type courroie crantée ou autre entre les moyens (6) prévus sur chaque forme. Dans la réalisation des figures 1 à 4, les vibrations sont multidirectionnelles. On a représenté aux figures 5A, 5B, 5C, 5D et 5E divers profils possibles des formes de broyage (1 et 2). Selon la figure 5A, les profils peuvent être ondulés s'emboîtant l'un dans l'autre (1.1 - 2.1). Selon la figure 5B, les profils peuvent être curvilignes (1.2 - 2.2). Selon la figure 5C, les profils peuvent être rectilignes (1.3 - 2.3) et disposés par exemple selon un axe médian vertical en étant symétrique par rapport audit axe. Selon la figure 5D, les profils peuvent être rectilignes (1.4 - 2.4) et convergents selon une angulation donnée. Selon la figure 5E, les profils peuvent présenter des formes diverses complémentaires combinant divers profils. Tous ces profils sont établis selon les besoins et les différentes applications. Ils peuvent être orientés dans toutes directions dans l'espace. Dans la variante de la figure 6, les formes (1 et 2) sont montées indépendantes avec une capacité élastique de déplacement, telles que définies à la figure 1, ou avec une articulation des formes entre elles, telles qu'illustrées figure 2. Dans cette variante, la forme de broyage (2) est animée d'un mouvement vibratoire unidirectionnel à direction fixe ; à cet effet, la forme (2) comprend deux moyens (6) susceptibles d'engendrer des vibrations, lesdits moyens étant reliés l'un à l'autre par un organe d'entraînement. Cette particularité de vibration unidirectionnelle est importante puisque le produit à broyer est soumis à une force unidirectionnelle normale sans force parasite néfaste au broyage. Dans la variante de la figure 7 pouvant s'appliquer à la mise en oeuvre des formes illustrées aux figures 1 et 3, les deux formes de broyage sont animées d'un mouvement vibratoire unidirectionnel à direction fixe, chaque forme comprenant, selon la figure 6, deux moyens (6) susceptibles de créer et engendrer lesdites vibrations. Dans le cadre de la figure 8 semblable à la figure 7, il est prévu en outre des organes (9) de synchronisation des différents moyens (o) entre eux permettant ainsi une synchronisation entre les formes de broyage (1 et 2). Selon la figure 9, il est prévu une variante des solutions proposées précédemment avec l'application et l'obtention d'une direction variable de la force unidirectionnelle appliquée à la forme de broyage (2) et/ ou à la forme de broyage (1), selon des mouvements synchronisés ou non. Pour obtenir cet effet, il est prévu en outre l'utilisation de galets tendeurs (10) définissant le cheminement de l'élément d'entraînement des moyens (6) et permettant et orientant le déplacement de la forme (2) etX ou de la forme (1). Dans cette mise en oeuvre particulière, l'effet de force unidirectionnelle à direction variable est très important puisqu'il permet d'appliquer la force de broyage dans les meilleures conditions propices à la fragmentation des matériaux. Dans les différentes réalisations précitées, les moyens (6) permettent de faire varier les différents efforts et vibrations engendrés sur les formes (1 et/ou 2). Ces moyens (6) sont agencés pour recevoir des masses ou balourds (11) judicieusement disposés, la rotation des masses engendrant ainsi des mouvement des formes et vibrations souhaitées. La mise en oeuvre de ces vibrations peut être obtenue avantageusement à l'aide d'un dispositif autorisant le contrôle et l'action d'effets vibratoires tel que défini notamment dans la Demande de Brevet français N" 91.06353. Ces dispositions permettent d'obtenir des vibrateurs dont les masses en mouvement peuvent varier de zéro à une masse résultante nominale afin d'obtenir une force variable de zéro à la force nominale. En vibration, l'amplitude des pièces en mouvement dépend des masses vibrées et celles générant la vibration, aussi ce dispositif à masse ou balourds variables permet également d'obtenir une amplitude ou course des formes de broyage variable de zéro à une valeur nominale. Dans une autre mise en oeuvre illustrée aux figures 10 et 11 des dessins, la machine comprend une plate-forme (12) à position fixe constituant la forme de broyage fixe présentant par sa partie supérieure (12.1) une inclinaison de droite à gauche dans l'exemple des dessins. Cette plate-forme est insérée entre un portique (13) disposé verticalement formant chape à sa partie supérieure recevant un axe (14) et autorisant le basculement et le mouvement pendulaire d'une forme de broyage mobile (I S). Celle-ci est agencée dans sa partie inférieure avec un profil (15.1) définissant avec le profil en regard de la plate-forme, une goulotte d'entrée et d'évacuation des matériaux à concasser ou à broyer. Les matériaux sont ainsi guidés par un plan incliné vers l'avant de la machine jusqu'à être évacué dans un réceptacle (16) recueillant les matériaux traités pouvant se présenter sous forme de grains de dimensions déterminées ou de poudre. Pour assurer la mise en oeuvre du broyage, la plate-forme et le portique associés sont avantageusement positionnés sur une table vibrante (17). Les vibrations résultant de cette table provoque alors le mouvement de la forme de broyage mobile précitée par gravité et rebonds successifs, et ainsi une multiplication à très grande vitesse d'effets de choc sur les matériaux provoquant leur éclatement. L'exercice de ces vibrations combinées avec le plan d'inclinaison de la plate-forme fixe autorise ainsi l'avancée progressive puis l'évacuation des matériaux traités dans le réceptacle précité. La paroi inférieure de la forme de broyage peut être continue, lisse ou présenter un profil étagé pour s'adapter au diamètre des matériaux broyés ou concassés. La mise en oeuvre des vibrations sur la table vibrante peut être effectuée à l'aide d'un dispositif autorisant le contrôle et l'action d'effets vibratoires tels que définis notamment dans la Demande de Brevet français N" 91.06353. A cet effet, le dispositif vibratoire consiste à disposer sous la table vibrante des ensembles de poulies (18, 19, ZQ 21) couplées deux à deux par des courroies (22), et agencées pour recevoir des masses (23) formant balourds, ces masses n'étant disposées que sur une partie diamétrale des poulies. Ces dernières sont montées deux à deux sur des arbres (S1 - S2) associés à un dispositif de déphasage susceptible de provoquer la rotation de certaines des poulies entre elles et ainsi l'orientation des masses correspondantes pour permettre selon les positions désirées des phases de vibrations maximales, partielles ou annulées, l'un des arbres étant associé à un groupe moteur assurant la mise en fonctionnement de l'ensemble. A ces variations de vibrations, correspondent à la fois des variations de force et d'amplitude. On comprend ainsi que l'on peut faire varier l'importance des effets vibratoires et soumettre ainsi la forme de broyage mobile de la machine à un mouvement continu et très rapide de force et d'amplitude variables susceptible de provoquer l'écrasement des matériaux. Le réglage (R) de la forme de broyage mobile par rapport à la plateforme fixe permet de définir les grosseurs de grains autorisées et souhaitées selon les besoins. A ce réglage viennent également se juxtaposer les effets d'amplitude variable de zéro à la valeur nominale. Le réglage devient donc R A ,A étant l'amplitude ou la course. On comprend ainsi que l'on peut faire varier l'importance des effets vibratoires et soumettre ainsi la forme de broyage mobile de la machine à un mouvement continu et très rapide de flottement susceptible de provoquer l'écrasement des matériaux. Le réglage en position de la forme de broyage mobile par rapport à la plate-forme fixe permet de définir les grosseurs de grains autorisées et souhaitées selon les besoins. Dans la réalisation de la figure 12, la machine comprend deux balanciers (24 - 25) recevant chacun une forme de broyage profilée (24.1 - 25.1) disposée en regard l'une de l'autre. Les balanciers sont montés sur des axes supports (26 - 27) associés à un bâti non illustré. Ces deux balanciers sont disposés autour ou à la sortie d'une trémie (28) d'arrivée des matériaux à concasser, les formes de broyage sont profilées en forme de V pour définir une goulotte de réception des produits à traiter. Chacun des balanciers est agencé avec un dispositif de vibrations du type précité permettant en très grande fréquence une multiplication de mouvements pendulaires par rapprochement latéral, susceptibles de provoquer l'éclatement des matériaux traités. Ainsi qu'illustré aux dessins, le dispositif à effets vibratoires comprend dans chaque balancier une pluralité de jeux de poulies (29 - 30 - 31 - 32) agencées pour recevoir des masses (33) formant balourds, ces masses n'étant disposées que sur une partie diamétrale desdites poulies. Une courroie (34) guidée par un galet tendeur (35) contourne, selon un cheminement adapté, les différentes poulies. Ces poulies sont également montées deux à deux sur des arbres associés à un dispositif de déphasage susceptible de provoquer la rotation de certaines des poulies entre elles et l'orientation des masses correspondantes. Les deux dispositifs de déphasage associés à chaque balancier, sont avantageusement couplés entre eux pour permettre une bonne régularité de fonctionnement des deux balanciers. Selon la figure 12, on a illustré un premier balancier comprenant quatre jeux de poulies du type précité, tandis que sur la partie symétrique de l'autre balancier sont prévues seulement deux poulies, ceci pour doubler ou réduire l'effort de fragmentation. Selon l'importance des effets vibratoires donnés et le rapprochement des balanciers entre eux, on pourra obtenir une variété des matériaux traités selon des diamètres de grains désirés ou de poudre résultant d'un effet vibratoire maximum. Les avantages ressortent bien de l'invention et on souligne en particulier la nouvelle conception de la ou des machines par la mise en oeuvre d'un procédé tout-à-fait original dans l'application considérée. Ainsi le procédé selon l'invention permet l'application d'un effet vibratoire à haute fréquence modulable. L'effort peut être multidirectionnel ou unidirectionnel à amplitude variable ou non. Le procédé permet le concassage et le broyage des matériaux en une phase opératoire. REVENDICATIONS -1- Machine de concassage et/ou de broyage de matériaux, caractérisée en ce qu'elle comprend deux formes de broyage entre lesquelles est introduit des matériaux à concasser et à broyer, l'une au moins des formes étant soumise à très grande vitesse à des effets de vibrations à direction variable engendrés par un dispositif comprenant des moyens à balourds variables permettant en combinaison avec un dispositif de déphasage d'autoriser la variation de force d'écrasement, ainsi que l'amplitude ou course à obtenir et de désintégration des matériaux traités entre les formes de broyage. -2- Machine selon la revendication 1 caractérisé en ce que les effets de vibrations sont unidirectionnels à direction fixe. -3-,Machine selon la revendication 1 caractérisé en ce que les effets de vibrations sont unidirectionnels à direction variable. -4- Machine selon l'une quelconque des revendications 1,2, et 3 caractérisée en ce qu'elle comprend une plateforme (12) à position fixe constituant la forme de broyage fixe, présentant dans sa partie supérieure (12.1) une inclinaison, ladite plateforme étant insérée dans un portique (13) vertical susceptible de recevoir et autoriser le basculement et le mouvement pendulaire d'une forme de broyage mobile (15) et en ce que la plateforme et le portique sont positionnés sur une table vibrante aménagée pour recevoir le dispositif autorisant le contrôle et l'action d'effets vibratoires sur la forme d'un broyage mobile. -5- Machine selon la revendication 4 caractérisée en ce que le dispositif vibratoire comprend des ensembles de poulies (18-19-20-21) couplés deux à deux par des courroies (22) et agencées pour recevoir des masses formant balourds, lesdites masses étant disposées sur une partie diamètrale desdites poulies; ces dernières étant montées deux à deux sur des arbres associés au dispositif de déphasage susceptible d'autoriser la rotation des poulies entre elles et l'orientation de leurs masses selon des règlages appropriés, l'un des arbres étant associés à un groupe moteur. -6- Machine selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3 caractérisée en ce qu'elle comprend deux balanciers (24-25) recevant chacune une forme de broyage profilée (24.1-25.1) disposée en regard l'une de l'autre, lesdits balanciers étant montés sur des axes supports (26-27) associés à un bâti, lesdites formes de broyage étant profilées selon une forme en V pour autoriser à partir d'une trémie (28) l'arrivée des matériaux; le broyage de ceux-ci et en ce que chaque balancier est agencé avec un dispositif engendrant des vibrations en très grande fréquence et associé à un dispositif de déphasage autorisant le contrôle de la force de vibration et de l'amplitude, et permettant une multiplication des mouvements pendulaires par rapprochement autorisant l'éclatement des matériaux traités. -7- Machine selon la revendication 6 caractérisée en ce que le dispositif à effets vibratoires comprend dans chaque balancier une pluralité de jeux de poulies (29 - 30 -31 -32) agencées pour recevoir des masses (33) formant balourds et disposées sur une partie diamètrale des poulies, une courroie (34) guidée par un galet tendeur (35) contournant selon un cheminement adapté les différentes poulies ; lesquelles sont montées deux à deux sur des arbres associés à un dispositif de déphasage, et en ce que les dispositifs de déphasage commandant les mouvements des deux balanciers sont couplés entre eux