Brevet FR2703928A1 — publié le 19941021

La présente invention est relative à un appareil pour fragmenter des objets solides, et en particulier des déchets industriels et domestiques, en vue d'un recyclage. Parmi les multiples appareils de fragmentation en usage, celui qui est décrit dans le document FR-A- 2.254 371 se signale par ses propriétés d'adaptation à des objets de types divers, aussi bien fragiles que souples. Cet appareil comprend une trémie-support avec une ouverture d'admission dans le haut et une ouverture de sortie dans le bas, un rotor, à axe horizontal, portant des couteaux radiaux, et un ensemble de contrecouteaux, solidaires de la trémie-support, entre lesquels passent les couteaux lors de la rotation du rotor Ces contre- couteaux sont groupés en un peigne et un contre-peigne, un objet entraîné par le rotor dans sa rotation rencontrant successivement le peigne puis le contre-peigne. La surface active des contre-couteaux du peigne est dentelée, c'est-àdire qu'elle présente des encoches qui constituent des butées qui arrêtent le mouvement d'un objet à fragmenter. Dans des réalisations pratiques conformes à ce brevet, l'intervalle axial entre un couteau du rotor et les contre-couteaux adjacents du peigne est relativement important, par exemple 5 à 10 mm, et cette partie de l'appareil fonctionne en broyeur, alors que l'intervalle axial entre un couteau du rotor et les contre-couteaux adjacents du contre-peigne est beaucoup plus faible, par exemple 0,5 à 1 mm, si bien que cette partie fonctionne en cisaille, d'o le nom de "broyeur- cisaille" fréquemment donné à ce type d'appareils. L'appareil fonctionne à des vitesses de rotation du rotor relativement faibles, par exemple de l'ordre de 20 tours par minute, si bien qu'il est peu bruyant Lorsqu'un objet trop résistant pour être broyé se présente, une rotation en sens inverse d'environ un tour permet de l'évacuer par un orifice auxiliaire situé au-delà du contre-peigne, dans le sens de rotation normal. Un document antérieur, FR-A-2 127 685, avait décrit un appareil assez analogue, dans lequel, cependant, les contre-couteaux étaient montés sur une "enclume" commune, qui pouvait pivoter par rapport à la trémiesupport autour d'un axe parallèle à celui du rotor Cette disposition avait pour avantage que, si un objet trop résistant se présentait, l'enclume, avec les contre-couteaux, s'écartait du rotor pour laisser passer cet objet Un vérin de rappel ramenait ensuite l'enclume en position normale Ce système était combiné avec une forme lisse de la face active des contre-couteaux, destinée à faciliter l'évacuation des objets imbroyables, mais qui réduisait l'efficacité de l'appareil pour fragmenter les autres objets. La présente invention a pour origine des recherches pour l'amélioration des matériels existants en ce qui concerne leur efficacité, la réduction de la perte de temps en présence d'un objet difficile à broyer, ainsi que la diminution des risques de bourrage et l'amélioration du coût d'entretien. On a constaté de façon inattendue que des améliorations importantes étaient obtenues si les contre- couteaux, au lieu d'être solidaires d'un caisson-support ou d'une enclume pouvaient réagir indépendamment les uns des autres. En conséquence, l'invention fournit un appareil de fragmentation d'objets solides, comprenant: un support en forme de caisson, avec au moins une ouverture d'admission en haut et une ouverture de sortie en bas, un rotor monté dans le support-caisson de façon à pouvoir tourner sur un axe sensiblement horizontal sans pouvoir se déplacer le long de cet axe, ce rotor portant au moins un couteau qui s'écarte de l'axe, au moins deux contre-couteaux faisant saillie en direction de 1 'axe du rotor, le couteau du rotor passant entre les contre-couteaux pendant sa rotation, ces contre- couteaux présentant une surface active tournée vers le rotor et étant montés mobiles sur le support de telle façon que leur surface active peut être déplacée en s'éloignant du rotor, des moyens de rappel étant prévus pour ramener lesdites surfaces actives dans une position normale, fixée à l'avance, cet appareil ayant pour particularité que chaque contre-couteau est mobile indépendamment des autres pour éloigner sa face active du rotor, et possède des moyens de rappel indépendants de ceux des autres contre-couteaux. Les essais comparatifs entre un appareil du type décrit dans FR-A-2 254 371 et un appareil présentant, en dehors de la particularité qu'on vient de mentionner, des caractéristiques similaires, ont montré qu'outre un débit très largement amélioré, parfois doublé, on obtenait une granulométrie plus homogène, une réduction du temps perdu au passage d'objets difficiles à broyer, et également une réduction des phénomènes de bourrage. On ne dispose pas d'une explication théorique complète de ces résultats, qui résultent sans doute de causes complexes, mettant peut-être en action des phénomènes vibratoires. On a par ailleurs établi que la structure de l'invention se prête à l'obtention de structures faciles à démonter, dont le coût d'utilisation peut être abaissé. Suivant une réalisation préférée, un contre-couteau est porté par un pivot monté dans une position fixe par rapport au support et parallèle à l'axe du rotor. On peut cependant concevoir d'autres réalisations. Par exemple, les contre-couteaux peuvent être guidés sur des glissières droites ou courbes, ou bien des moyens de rappel, formé notamment de ressorts ou de blocs d'élastomère, pourraient constituer par eux-mêmes les moyens de guidage. Comme moyens de rappel, outre les ressorts métalliques ou blocs d'élastomère dont on vient de parler, on peut aussi prévoir des vérins fluidiques Ceux-ci peuvent être simplifiés, par exemple constitués drun saillant solidaire du contre-couteau et pénétrant dans une cavité adaptée du support. Avantageusement, la position normale, fixée à l'avance, d'un contrecouteau est définie par une butée contre laquelle le contre-couteau est poussé par les moyens de rappel. On observera que, si l'appareil comporte plusieurs rotors, les contrecouteaux peuvent être communs à ces rotors, avec une face active tournée vers chacun d'eux. Avantageusement, la surface active du contre- couteaux présente une pluralité de dents aptes à retenir un objet en cours de fragmentation, pour faciliter son cisaillement par un couteau de rotor, passant entre deux contre-couteaux adjacents. Cette particularité, décrite dans FR-A-2 254 371, conserve ici toute son efficacité, malgré la mobilité des contre-couteaux. Avantageusement, cette particularité se combine ici avec une forme de la force active du contre-couteau telle que les sommets des dents sont situés sur une courbe dont la concavité est tournée vers l'axe du rotor. La forme optimale exacte de la surface active d'un contre-couteau doit être déterminée expérimentalement Il apparaîtra même aux nonspécialistes, que cette forme: taille et orientation des dents, courbure de l'ensemble de la surface etc a peu de chances d'être la même pour la fragmentation de pièces en matière plastique souple renforcée de fibres ou de bouteilles de verre, par exemple. On peut en outre prévoir que le ou les couteaux du rotor présentent une surface active comportant des dents. On va décrire maintenant deux modes de réalisation particuliers de l'invention qui ont pour effet de réduire les coûts d'utilisation de l'appareil. On a constaté, à l'emploi des appareils selon l'art antérieur, que les contre-couteaux situés dans la zone centrale s'usent plus vite que les autres Lorsqu'ils ont atteint une usure telle que leur efficacité se réduit, l'ensemble du support-caisson doit être changé. L'invention apporte un gain appréciable si on prévoit que les portecouteaux sont montés séparément les uns des autres de façon amovible, en étant enfilés sur une pièce de maintien commune constituée d'un barreau parallèle à l'axe du rotor, et, avantageusement, que les porte-couteaux sont montés séparément les uns des autres de façon amovible, en étant enfilés sur une pièce de maintien commune constituée d'un barreau parallèle à l'axe de l'arbre. On peut ainsi remplacer seulement les contre- couteaux usés ou endommagés, ou les permuter avec ceux des régions latérales, moins usées, etc Avantageusement, dans un but similaire, il est prévu plusieurs couteaux enfilés sur le rotor séparément les uns des autres, sans rotation possible par rapport au rotor, et avantageusement permutables entre eux. Du fait que les contre-couteaux peuvent se déplacer indépendamment l'un de l'autre, après qu'ils ont rencontré un objet à fragmenter, ils sont soumis à des oscillations bien plus importantes que s'ils étaient solidaires du support ou d'une enclume, comme dans la technique antérieure On a supposé que ces oscillations étaient une des causes de l'amélioration des performances. Suivant une autre modalité avantageuse, qui augmente encore les débits pour certains types d'objets à fragmenter, l'appareil comprend des moyens pour mettre les contre-couteaux en oscillation forcée. Suivant une réalisation intéressante, lorsque le moyen de rappel est un vérin fluidique, l'appareil est équipé de moyens pour mettre en vibration le fluide contenu dans le vérin fluidique, ce vérin constituant alors à la fois un moyen de rappel et un moyen de mise en vibration du contre-couteau. L'invention va maintenant être décrite de façon plus détaillée à l'aide d'un exemple pratique, illustré à l'aide des dessins, parmi lesquels: Figure 1 est une vue d'ensemble simplifiée, en perspective éclatée, du broyeur. Figure 2 est une coupe selon la ligne II-II de la figure 1. Figure 3 est une vue de détail illustrant une variante de la réalisation de la figure 2. L'appareil décrit à titre d'exemple comprend un support 1, constitué de deux panneaux latéraux 2, 3, verticaux dans l'ensemble, reliés entre eux par deux plaquettes verticales d'extrémités 4, 5 L'ensemble définit ainsi un passage vertical, de forme générale rectangulaire A l'intérieur de ce passage s'étend un arbre de rotor horizontal 6, monté à rotation sur des paliers 7, 8, portés par les plaques d'extrémités 4, 5. Une des plaques d'extrémités 5 porte en outre un moteur d'entraînement 9 du rotor. L'un des panneaux latéraux 3 présente une surface verticale en direction du rotor, alors que l'autre panneau 2 comporte une partie supérieure inclinée 10, qui confère une forme de trémie au passage intérieur du support. Un pivot 12, parallèle à l'axe du rotor 6, est monté dans des perçages prévus dans les plaques d'extrémité 4, 5 Un seul de ces perçages, 12 A, est représenté sur la figure 1 Le pivot 12 peut coulisser à travers ces perçages, en vue d'un démontage Il se trouve vers la partie inférieure du panneau latéral 2, au-dessous de la partie inclinée 10, sans faire saillie dans le passage intérieur du support On peut prévoir que le pivot 12 est immobilisé en rotation sur son axe, ou qu'il peut pivoter sur lui-même. Le rotor 6 porte une série de couteaux 13, qui sont constitués comme une plaque épaisse, découpée en forme générale de S, avec deux faces actives dont la concavité est tournée vers l'avant dans le sens de rotation symbolisé par la flèche 14 L'extrémité de chaque face active constitue une dent dirigée vers l'avant. Les couteaux sont montés sur le rotor, qui les traverse dans leur partie centrale, sans rotation possible Pour cela, comme représenté sur la figure 2, le rotor a une section hexagonale, de même que l'alésage central du couteau Cela permet d'utiliser des couteaux identiques, décalés les uns par rapport aux autres d'un sixième de tour Bien entendu, on peut donner une forme, par exemple cannelée, au rotor, et une forme correspondante à l'alésage des couteaux. Les contre-couteaux 15 sont intercalés entre les couteaux 13 Chaque contre-couteau 15 est constitué principalement comme une plaque de forme générale triangulaire On observera que, dans l'exemple décrit, les couteaux et contre-couteaux sont constitués comme des plaques à bords parallèles et perpendiculaires à l'axe du rotor Cette disposition, qui facilite leur obtention, n'est pas impérative, on peut concevoir, par exemple, que les couteaux diminuent d'épaisseur en s'écartant de l'axe du rotor, ou l'inverse, et que les contre-couteaux aient une section adaptée pour maintenir constant l'intervalle axial entre un couteau et le contre-couteau adjacent. La face active 16 du contre-couteau présente une concavité tournée vers le haut et vers l'axe du rotor. Elle comporte des dents 17, dont la forme n'est pas donnée avec précision, car elle dépend étroitement de la nature des objets à traiter On observera cependant que ces dents présentent avantageusement un flanc tourné à l'opposé du sens de rotation 14 du rotor, et qui fait, avec la direction des objets qui viennent le frapper, un angle voisin de 90 , alors que le flanc opposé de chaque dent est au contraire proche d'une parallèle à la trajectoire des objets entraînés par les couteaux 13 Un deuxième côté 18 de chaque plaque triangulaire constituant un contre- couteau 15 porte un manchon 19 dirigé parallèlement à l'axe du rotor, et qui est traversé par le pivot fixe 12, tout en permettant le pivotement du contre-couteau autour de cet arbre La liaison entre le manchon 19 et le contre-couteau 15 est assurée par deux plaques entretoises , parallèles à la plaque 15, solidaires de celle-ci, et décalées par rapport à celle-ci dans le sens axial. Au repos, le contre-couteau s'étend depuis le voisinage du bord inférieur de la partie inclinée 10 du panneau latéral 2 jusqu'au voisinage du rotor 6 Il s'écarte un peu de ce dernier sous la poussée d'un objet à fragmenter. L'épaisseur des plaques 20, et/ou la longueur des manchons 19 sont calculées pour assurer l'écartement désiré entre deux contre-couteaux adjacents. Cet écartement est égal à l'épaisseur d'un couteau 13, augmentée de deux fois le jeu axial prévu entre un couteau et le contre-couteau adjacent On notera que des manchons-entretoises 19 A sont prévus, de façon analogue entre les couteaux 13, pour établir entre eux un espacement égal à l'épaisseur d'un contre-couteau, augmenté de deux fois la valeur du jeu axial prévu. Les plaques 20 portent en outre un bras 21, qui Srétend vers le haut parallèlement au côté 18, et dont le prolongement passe sensiblement par l'axe du pivot 12 Le bras 21 porte une butée 22, perpendiculaire au bras 21, et dont l'axe est dans le plan du contre-couteau 15 Cette butée 22 pénètre dans une virole à fond fermé 23, qui est fixée sur la partie inclinée 10 du panneau latéral 2 Une masse d'élastomère 24 est intercalée entre la butée 22 et une plaque d'appui 25 située au voisinage du fond de la virole 23 Une vis de réglage 26 permet d'écarter plus ou moins la plaque d'appui 25 du fond de la virole. On conçoit qu'une force s'exerçant sur le contre- couteau et résultant de la poussée d'un objet entraîné dans le sens de la flèche 14 par un couteau 13 tend à faire pivoter le contre-couteau autour du pivot 12, et par conséquent à écraser la masse d'élastomère 24 Celle-ci développe alors un couple de rappel, et les chocs successifs des objets à traiter sur le contre-couteau mettent celui-ci dans un état d'oscillations qui s'amortit ensuite. En actionnant la vis de réglage 26, on peut faire varier l'amplitude des oscillations La fréquence de celle-ci peut être modifiée, à amplitude égale, en changeant la masse d'élastomère 24. Une butée 27 limite l'amplitude des pivotements en sens opposé du contrecouteau, elle empêche celui-ci de venir en contact avec le rotor et définit sa position normale. On notera qu'il est possible de remplacer la masse d'élastomère 24 par un ou plusieurs ressorts, par exemple un empilement de rondelles Belleville. Suivant une variante illustrée à la figure 3, le bras 21 porte un saillant 30, formant piston, qui pénètre dans un cylindre 31, relié à une source vibratoire 32 de fluide sous pression, tel que de l'huile, et à un accumulateur de pression à gaz 33 Le fluide maintient le contre- couteau en état d'oscillations forcées, cependant que lorsqu'un objet à fragmenter fait pivoter le contre- couteau sur le pivot 12, la présence de l'accumulateur 33 fait que le cylindre 31 agit comme un organe de rappel élastique. Dans la disposition représentée, les moyens de rappel 20 à 26, 30, 31 se trouvent avant le pivot 12, dans le sens de rotation du rotor 13, indiqué par la flèche 14. L'homme de métier comprendra que d'autres dispositions sont possibles Il suffit que les moyens de rappel soient disposés pour s'opposer à un pivotement du contre-couteau résultant du passage d'un objet à broyer. Si on désire remplacer un contre-couteau par un autre, il suffit de faire coulisser le pivot 12 à travers le perçage 12 A de la plaque 4, par exemple en introduisant une tige de maintien provisoire dans le perçage correspondant de la plaque 5 Quand l'extrémité du pivot 12 a juste dépassé le contre-couteau qu'on veut remplacer, il suffit de reculer la tige de maintien provisoire d'une longueur correspondant à la longueur du manchon 19 ou à la distance entre les faces extérieures des plaques 20 Le contre-couteau est alors libéré et peut être remplacé. Bien entendu, on peut aussi faire coulisser le pivot 12 à travers le perçage de la plaque 5. On a constaté, qu'avec l'appareil qu'on vient de décrire, lorsqu'un objet refuse de se laisser fragmenter, si l'on fait tourner le rotor en sens inverse de seulement un quart de tour environ, avant de reprendre la rotation normale, il est très fréquent qu'on obtienne une fragmentation correcte Cela est attribué au fait que, en raison de la mobilité des contre-couteaux, l'objet difficile à broyer vient, après cette manoeuvre, en contact avec un contre-couteau dans une disposition différente, ce qui suffit à obtenir un bon cisaillement. On évite ainsi de rejeter l'objet non broyé par une rotation en sens inverse bien plus importante, comme on le fait dans la pratique antérieure; On élimine ainsi à la fois des pertes de temps et des rejets de produits non broyés inutilisables. il REVENDICATIONS 1 Appareil de fragmentation d'objets solides, comprenant: un support ( 1) en forme de caisson, avec au moins une ouverture d'admission en haut et une ouverture de sortie en bas, un rotor ( 6) monté dans le support de façon à pouvoir tourner sur un axe sensiblement horizontal sans pouvoir se déplacer le long de cet axe, ce rotor portant au moins un couteau ( 13) qui s'écarte de l'axe, au moins deux contre-couteaux ( 15) faisant saillie en direction de l'axe du rotor, le couteau du rotor passant entre les contre-couteaux pendant sa rotation, ces contre- couteaux présentant une surface active ( 16) tournée vers le rotor et étant montés mobiles sur le support de telle façon que leur surface active peut être déplacée en s'éloignant du rotor, des moyens de rappel étant prévus pour ramener lesdites surfaces actives dans une position normale, fixée à l'avance, caractérisé en ce que chaque contre- couteau ( 15) est mobile indépendamment des autres pour éloigner sa face active ( 16) du rotor ( 13), et possède des moyens de rappel ( 22-26; 30-32) indépendants de ceux des autres contre- couteaux. 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un contre-couteau ( 15) est porté par un pivot ( 12) monté dans une position fixe par rapport au support ( 1) et parallèle à l'axe du rotor ( 6). 3 Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de rappel d'un couteau comprennent un ressort métallique ou un bloc d'élastomère ( 24). 4 Appareil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de rappel d'un couteau comprennent un vérin fluidique ( 30, 31). Appareil selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la position normale, fixée à 1 'avance, d'un contre-couteau est définie par une butée ( 27) contre laquelle le contrecouteau est poussé par les moyens de rappel. 6 Appareil selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la face active du contre-couteau présente une pluralité de dents ( 17) aptes à retenir un objet en cours de fragmentation. 7 Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que les sommets des dents ( 17) sont situés sur une courbe dont la concavité est tournée vers l'axe du rotor. 8 Appareil selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le ou les couteaux du rotor présentent une surface active comportant des dents. 9 Appareil selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les contre-couteaux ( 15)sont montés séparément les uns des autres de façon amovible, en étant enfilés sur une pièce de maintien commune constituée d'un barreau ( 12) parallèle à l'axe du rotor ( 6). Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que les contrecouteaux ( 15) sont permutables entre eux. 11 Appareil selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que le barreau est monté dans des perçages ( 12 A) de parois du support, et peut coulisser axialement dans ces perçages pour le démontage des contre- couteaux. 12 Appareil selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les couteaux ( 13) sont montés séparément les uns des autres de façon amovible, en étant enfilés, sans rotation possible, sur le rotor. 13 Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce que les couteaux ( 13) sont permutables entre eux. 14 Appareil selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens ( 30 à 32) pour mettre les contre-couteaux en oscillation forcée. Appareil selon les revendications 4 et 14, prises ensemble, caractérisé en ce qu'il est équipé de moyens ( 32) pour mettre en vibration le fluide contenu dans le vérin fluidique ( 30, 31), ce vérin constituant alors à la fois un moyen de rappel et un moyen de mise en vibration du contre-couteau.