Brevet FR2780237A1 — publié le 19991231

L'invention concerne un procédé de broyage de pierres contrôlé et un broyeur agricole à deux chambres de broyage indépendantes fonctionnant selon ce procédé. Il est connu, pour réduire la dimension des pierres existant à l'état naturel, dans certains terrains agricoles, ou pour fractionner des pierres préalablement déposées sur certaines aires, dans le domaine des travaux publics notamment, d'utiliser des broyeurs, fixés à l'attelage trois points d'un tracteur et10 entraînés par la prise de force de ceux-ci, comportant principalement un caisson, ouvert sur l'avant et sur l'arrière, à l'intérieur duquel est monté un rotor d'axe horizontal, portant, à sa périphérie, des marteaux répartis régulièrement sur plusieurs rangées, tournants, dans le sens opposé à celui du déplacement,15 à proximité de moyens solidarisés au caisson, destinés, en association avec les dits marteaux, à assurer un fractionnement progressif des pierres lors de leur entraînement par les marteaux, de l'avant vers l'arrière, en passant par dessus le rotor. 20 On connaît déjà un broyeur de pierres mobile, permettant de réaliser un fractionnement progressif des pierres depuis leur extraction du sol jusqu'à leur rejet sur l'arrière du caisson (brevet français n 2.705.908). Les moyens solidarisés au caisson et permettant, en association avec les marteaux qui équipent le rotor, d'obtenir un fractionnement progressif des pierres sont constitués de deux enclumes, dont l'une assure un précalibrage et dont l'autre, située en arrière de la première, assure un calibrage final; l'espace laissé libre entre les deux enclumes30 constituant une chambre de broyage, dans laquelle les morceaux de pierres précalibrés sont retenus jusqu'à ce que leur dimension soit suffisamment réduite pour permettre leur passage entre les marteaux, sous la pièce d'usure de l'enclume de calibrage final, puis leur rejet sur le terrain35 l'enclume de calibrage final est articulée et rappelée contre une butée par un vérin, qui se prête au soulèvement de la dite enclume pour laisser passer, par exemple, des éléments non broyables, tels que des pièces métalliques abandonnées sur le sol. 5 Bien qu'un tel moyen constituait un progrès par rapport à l'état de la technique du moment, du fait de son calibrage des pierres en deux étapes et de la sécurité contre le blocage et la détérioration des dents du rotor, offerte par le montage articulé10 de l'enclume de calibrage final, et qu'il réponde encore bien aux applications agricoles courantes, il ne permet pas, cependant, de traiter, avec suffisamment d'efficacité, des pierres très dures d'origine volcanique, ni, surtout, de poursuivre le broyage jusqu'à obtention d'une taille déterminée des fragments de15 pierres, sauf, peut-être, à repasser plusieurs fois au même endroit, avec la perte de temps et le gaspillage d'énergie que cela suppose. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. Cette invention, telle qu'elle se caractérise, résout le problème consistant à obtenir un calibrage contrôlé des fragments de pierres obtenus, ainsi qu'une réduction significative de la taille de ceux-ci, accompagnés d'une dispersion régulière des dits fragments sur le sol, tout en25 maintenant la sécurité contre l'introduction de corps étrangers métalliques. Le procédé de broyage de pierres à l'aide d'un broyeur agricole mobile, comportant, principalement, un caisson ouvert sur30 l'avant et sur l'arrière, à l'intérieur duquel est monté un rotor de broyage d'axe horizontal, portant. à sa périphérie, des marteaux répartis sur plusieurs rangées, tournants à proximité de moyens solidarisés au caisson, destinés, en association avec les dits marteaux, à assurer un fractionnement progressif et contrôlé35 des pierres lors de leur entraînement par les marteaux, selon l'invention, se caractérise, principalement, en ce qu'il consiste à effectuer successivement les étapes suivantes: a) percussions répétées des pierres soulevées par les marteaux, contre un premier moyen de fractionnement et de précalibrage jusqu'à obtention de morceaux de taille suffisamment réduite pour permettre leur passage et leur entraînement, par les marteaux, par dessus le rotor vers une première chambre de broyage (A), b) retenue des morceaux de pierres obtenus à l'étape précédente (a) dans la première chambre de broyage (A) par un second moyen de fractionnement et de calibrage assurant la poursuite du broyage des morceaux, en combinaison avec les marteaux. jusqu'à obtention d'un calibre prédéterminé des fragments de morceaux obtenus, permettant leur transfert par lesdits marteaux dans une seconde chambre de broyage (B), c) projection des fragments provenant de la première chambre de broyage (A) obtenus à l'étape précédente (b) vers un troisième moyen assurant le calibrage, la poursuite éventuelle du fractionnement et la dispersion sur le sol des fragments calibrés, d) reprise, par le rotor de broyage, des morceaux de pierres de trop gros calibres insuffisamment fragmentés à l'étape précédente (c), ayant rebondi contre le troisième moyen lors du calibrage et recyclage de ceux-ci dans le broyeur jusqu'à obtention d'un fractionnement suffisant pour permettre le franchissement, du dit troisième moyen et la dispersion des fragments sur le sol. Le second moyen de fractionnement et de calibrage utilisé à l'étape (b) pour fragmenter et calibrer les morceaux obtenus à35 l'étape (a) est conçu pour s'effacer, afin de laisser s'échapper, vers l'arrière, des éléments trop durs, susceptibles de provoquer sa détérioration ou/ct celle des marteaux. Le moyen utilisé à l'étape (c) pour poursuivre le broyage et disperser les pierres ainsi broyées sur le sol permet de faire varier, de 0 à 100 %, la proportion de fragments de pierres obtenus à l'étape précédente (b), qui sont directement dispersés sur le sol par rapport à ceux qui sont projetés contre le dit moyen pour poursuivre leur fractionnement, effectuer leuro10 calibrage et assurer l'éventuel recyclage; la dispersion directe, sur le sol, des fragments de pierres s'effectue, à la fois, longitudinalement et latéralement. La largeur de la dispersion étant éventuellement réglable. Les fragments de pierres, obtenus par projection contre le troisième moyen de fractionnement utilisé à l'étape (c), sont calibrés par celui-ci, qui ne libère, sur le sol, que les fragments de pierres de dimension suffisamment réduite et qui renvoie les autres contre le rotor de broyage, afin de permettre leur reprise20 par les marteaux, par dessous le rotor, en vue de leur recyclage parmi les pierres nouvellement soulevées du sol. Selon un premier mode d'utilisation du procédé ci-dessus exposé, le sens de rotation du rotor de broyage est inversé par25 rapport au sens de déplacement du broyeur. Selon un second mode d'utilisation du procédé ci-dessus exposé, le sens de rotation du rotor de broyage correspond à celui du déplacement du broyeur afin d'obtenir alors une projection30 directe des pierres contre le troisième moyen de fractionnement de calibrage et de dispersion; la vitesse de rotation du rotor de broyage étant alors augmentée pour accroître l'impact des pierres contre ledit troisième moyen de fractionnement et de calibrage.35 Le broyeur de pierres mobile, mettant en oeuvre le procédé selon l'invention, se caractérise, principalement, en cc que lcs dits moyens, solidarisés au caisson, sont constitués, dans l'ordre, d'une pré-enclume, d'une enclume articulée, maintenue contre une butée par un moyen de rappel élastique, et d'un bouclier pendulaire, à débattement limité sur l'arrière, combiné à un volet articulé verticalement, à débattement réglable, venant, en position basse, prendre appui sur le bord supérieur du bouclier pendulaire. La pré-enclume est fixée sous la traverse principale du châssis et est constituée d'une plaque métallique à positionnement longitudinal réglable. L'enclume articulée est reliée au châssis par un axe situé sur l'avant du rotor et est rappelée contre une butée fixée en travers du châssis par l'intermédiaire d'un bras qui lui est solidaire et d'un vérin oléopneumatique reliant l'extrémité du dit bras à un élément du châssis du broyeur. Le bouclier pendulaire est relié au caisson par l'intermédiaire d'un axe disposé en travers de celui-ci et est limité, dans son débattement vers l'arrière, par une butée réglable, contre l'extrémité de laquelle il vient porter.25 Selon un mode de réalisation particulier, le bouclier pendulaire comporte des barreaux espacés, formant une grille de criblage la position de l'axe d'articulation du bouclier étant réglable horizontalement et verticalement.30 La hauteur du bouclier pendulaire est déterminée de façon que son extrémité inférieure racle le sol. Le volet articulé, combiné au bouclier pendulaire, comporte, sur la partie de sa face inférieure située au-delà du bouclier, des aubes déflectrices. Le débattement du volet articulé se règle par l'intermédiaire d'une potence, articulable par rapport au châssis du broyeur sous l'action d'un vérin, dont l'extrémité est reliée au dit volet par une chaîne. Les avantages obtenus, grâce à cette invention, consistent essentiellement en ce que le calibrage des pierres peut être modulé à volonté, selon le besoin, en fonction de l'utilisation du broyeur, quelle que soit la nature des pierres, tout en obtenant une dispersion régulière des fragments, sans qu'il soit nécessaire15 la plupart du temps de reculer pour repasser à nouveau afin de poursuivre le broyage, ni d'effectuer plusieurs passages dans le même but, sans que cela nécessite pour autant un apport d'énergie supplémentaire. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va suivre d'un broyeur de pierres à marteaux fixes, réalisé selon l'invention et fonctionnant selon le procédé correspondant, donné à titre d'exemple non limitatif, au regard des dessins annexés, sur lesquels25 - la figure 1 représente une vue de côté, en coupe longitudinale, du broyeur en configuration "volet articulé fermé", permettant d'obtenir la fragmentation la plus fine, - la figure 2 représente une vue de côté en coupe longitudinale du broyeur, en configuration "volet articulé ouvert", permettant d'obtenir une fragmentation moyenne, - la figure 3 représente une vue de dessous partielle du volet articulé montrant les déflecteurs, - la figure 4 représente une vue de côté partielle, en coupe, d'un broyeur équipé d'un bouclier pendulaire, à barreaux verticaux assurant le criblage des fragments de pierres obtenus et l'introduction, sous le rotor, des fragments de trop grosse dimension, en vue de leur recyclage jusqu'à obtention du niveau de fragmentation désiré,10 - la figure 5 représente une vue de côté, en perspective, du bouclier pendulaire à barreaux verticaux, - la figure 6 représente une vue de côté partielle en coupe d'un broyeur selon la figure 4 dont le rotor de broyage est entraîné en sens inverse. Les figures des dessins représentent un broyeur agricole, à rotor à marteaux fixes, comportant un châssis 10 à pattes de fixation 11, 12 et à traverse 13, sous lequel est fixé un caisson de broyage 20, dont l'ouverture est masquée par un rideau de chaînes 21, à l'intérieur duquel est monté un rotor 22 à marteaux 23 tournants à proximité d'une pré-enclume 24 fixée sous la traverse 13, d'une enclume articulée autour d'un axe 3125 par l'intermédiaire d'un bras 32 relié au châssis 10 par un vérin oléopneumatique 33, et d'un moyen de fractionnement, de calibrage et de dispersion 40, constitué d'un bouclier pendulaire 41, articulé autour d'un axe 42, en contact contre une butée réglable 43, sur le bord supérieur duquel vient prendre appui un volet 44 à déflccteur 45, articulé autour d'un axe 46, relié par une chaîne 47 à l'extrémité d'une potence 48 articulée par rapport au châssis 10 par l'intermédiaire d'un vérin 49. En examinant maintenant plus en détail la figure 1, on remarque que, lors du déplacement du broyeur par rapport au sol, le rotor 22, compte- tenu de son sens de rotation, repousse devant lui, par l'intermédiaire des marteaux 23 fixés à sa périphérie, les pierres 1 qu'il rencontre et qu'il déterre, tout en projetant celles-ci contre la pré- enclume 24 fixée sous la traverse 13, jusqu'à ce que les morceaux 2 soient suffisamment réduits en dimension pour pouvoir passer entre le rotor 22 et l'arête de la pré-enclume 24. Ces morceaux 2, entraînés par les marteaux 23,10 dans la chambre de broyage (A) délimitée par la pré-enclume 24 et l'enclume articulée 30, sont alors broyés par l'enclume articulée 30 jusqu'à ce que les fragments puissent se loger entre les dits marteaux 23 et être entraînés par les rangées successives de ceux-ci dans la chambre de broyage B délimitée15 par l'enclume articulée 30 et le moyen de fractionnement de calibrage et de dispersion 40. Les dits fragments 3 sont alors, compte-tenu de la vitesse périphérique du rotor 22, projetés contre le dispositif de fractionnement et de dispersion 40, qui, selon la position du volet articulé 44, disperse directement, par20 l'intermédiaire des déflecteurs 45, tout ou partie des fragments; les éléments les plus lourds décrivant une trajectoire infléchie, qui les projette sur le bouclier pendulaire 41 retenu par la butée réglable 43 contre lequel ils se fragmentent; les fragments les plus petits 4 passant sous le bouclier 41 ou à travers de celui-ci25 lorsqu'il est constitué d'une grille de criblage à barreaux 411; les fragments les plus gros 5 rebondissent sur le dit bouclier et sont projetés sous le rotor 22, o ils sont repris par les rangées de marteaux pour être mélangés aux pierres 1 nouvellement déterrées, en vue d'un recyclage et de la poursuite de leur30 broyage, et ce, jusqu'à fragmentation suffisante pour permettre leur passage à travers le dispositif de fractionnement de calibrage et de dispersion 40. On comprend que, par action sur la butée réglable 43 et en modifiant la position de l'axe 42 d'articulation du bouclier pendulaire 41, on puisse faire varier la35 distance dudit bouclier par rapport au rotor 22 ou/et par rapport au sol. On remarque aussi, en examinant plus particulièrement l'enclume articulée 30 et son système de fixation et de maintien, que les éléments très durs ou les pièces métalliques difficiles ou impossible à broyer provoquent la levée de l'enclume pour faciliter le franchissement de celle-ci et éviter tout blocage du rotor 22; les éléments durs, d'origine minérale, étant alors projetés sur le bouclier 41, contre lequel ils se fragmentent, pour permettre leur dispersion directe sur le sol. ou rebondissent pour être repris par les dents du rotor 22; les éléments métalliques plus lourds, glissant, quant à eux, contre ledit bouclier 41 et étant traînés par celui-ci jusqu'à ce que la nature du terrain permette leur passage en force sous le bouclier 41. En se rapportant maintenant aux figures 2 et 3, on remarque que, lorsque le volet articulé 44 est relevé par action du vérin 49 sur la potence articulée 48 et par l'intermédiaire de la chaîne 47, une forte proportion de fragments de pierre est éjectée directement vers l'arrière, pour être dispersée sur le sol par l'intermédiaire des déflecteurs 45, inclinés symétriquement de part et d'autre du plan médian longitudinal (P) du broyeur, comme le montre la projection suivant (F) de l'extrémité du volet incliné, représentée figure 3; les morceaux de pierres les plus gros venant, malgré tout, compte-tenu de la courbure de leur trajectoire les empêchant de franchir le bouclier 41, heurter violemment celui-ci, ce qui provoque leur fragmentation en suivant le processus indiqué plus haut au sujet de la figure 1. En examinant maintenant les figures 4 et 5, correspondant à un mode de réalisation particulier du dispositif de fractionnement de calibrage et de dispersion 40, on remarque que, dans ce cas, le bouclier 41 est prolongé vers le bas par une grille formée de barreaux verticaux 411, dont l'extrémité inférieure racle le sol comme le ferait un râteau, le calibrage se faisant alors par criblage à travers la grille, dont les barreaux sont espacés selon la dimension de fragments que l'on désire obtenir, ce qui ne change rien au fonctionnement du broyeur pour le broyage des gros fragments, qui continuent à être recyclés du fait de leur rebondissement contre la grille lorsque le choc est insuffisant pour obtenir leur fragmentation et le passage direct des fragments entre les barreaux de la grille. Dans certains cas, le rotor peut être entraîné en rotation dans l'autre sens, notamment lorsque le broyeur recule sous l'action du tracteur; ceci, en particulier, afin de projeter directement contre le bouclier 41, les pierres traînées par le bouclier sans avoir été reprises directement par les marteaux lors de leur premier passage dans le broyeur, ou pour fractionner de façon répétée de très grosses pierres profondément enfouies dans le sol et non soulevées par les marteaux lors du passage en marche avant du tracteur, mais aussi et surtout comme représenté sur la figure 6 pour obtenir un fractionnement direct de pierres assez friables contre le bouclier pendulaire alors que le broyeur se déplace vers l'avant et que le sens de rotation du rotor de broyage a été inversé; les pierres étant alors projetées directement dans la chambre de broyage (B) sans passer par la chambre (A). Le procédé et le broyeur de pierres selon l'invention sont destinés principalement à réduire la taille des pierres existant à l'état naturel dans le terrain agricole, ou déposées préalablement sur une aire ou une bande de terrain que l'on veut empierrer de façon régulière dans le cadre de travaux publics ou de génie civil, mais rien ne s'opposerait à son utilisation en carrières pour réduire et uniformiser la taille des pierres avant leur enlèvement pour transport. RevendJcatio ns 1. Procédé de broyage de pierres à l'aide d'un broyeur agricole mobile, comportant, principalement, un caisson ouvert sur l'avant et sur l'arrière, à l'intérieur duquel est monté un rotor de broyage d'axe horizontal, portant, à sa périphérie, des mar- teaux répartis sur plusieurs rangées, tournants à proximité de moyens solidarisés au caisson, destinés, en association avec les dits marteaux, à assurer un fractionnement progressif et contrôlé des pierres lors de leur entraînement par les marteaux, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer successivement les étapes suivantes: a) percussions répétées des pierres (1) soulevées par les mar- teaux, contre un premier moyen de fractionnement et de préca- librage (24) jusqu'à obtention de morceaux (2) de taille suffi- samment réduite pour permettre leur passage et leur entraîne- ment, par les marteaux, par dessus le rotor, vers une première chambre de broyage (A). b) retenue des morceaux de pierres (2) obtenus à l'étape précé- dente (a), dans la première chambre de broyage (A) par un se- cond moyen de fractionnement et de calibrage (30) assurant la poursuite du broyage des morceaux (2) en combinaison avec les marteaux, jusqu'à obtention d'un calibre prédéterminé des fragments de morceaux (3) obtenus, permettant leur transfert par les marteaux dans une seconde chambre de broyage (B), c) projection des fragments provenant de la première chambre de broyage (A) obtenus à l'étape précédente (b) vers un troi- sième moyen (40) assurant le calibrage, la poursuite éven- tuelle du fractionnement et la dispersion sur le sol des frag- ments calibrés (4), d) reprise, par le rotor de broyage, des morceaux de pierres de trop gros calibres (5) insuffisamment fragmentés à l'étape pré- cédente (c), ayant rebondi contre le troisième moyen (40) lors du calibrage et recyclage de ceux-ci dans le broyeur jusqu'à obtention d'un fractionnement suffisant pour permettre le fran- chissement du dit troisième moyen et la dispersion des frag- ments correspondants sur le sol. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le se- cond moyen de fractionnement et de calibrage (30) utilisé à l'étape (b) pour fragmenter et calibrer les morceaux (2) obtenus à l'étape (a) est conçu pour s'effacer, afin de laisser s'échap- per, vers l'arrière, des éléments trop durs, susceptibles de pro- voquer sa détérioration ou/et celle des marteaux. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le troisième moyen de fractionnement (40) utilisé à l'étape (c) pour poursuivre le broyage et disperser les fragments de pierres ainsi broyées sur le sol permet de faire varier, de 0 à %, la proportion de fragments (4) de pierres obtenus à l'étape précédente (b), qui sont directement dispersés sur le sol (4) par rapport à ceux (3) qui sont projetés contre le dit troi- sième moyen pour poursuivre leur fractionnement, effectuer leur calibrage et assurer leur éventuel recyclage. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce que la dispersion directe, sur le sol, des fragments de pierres (4) s'effectue, à la fois, longitudinalement et latéralement. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la largeur de la dispersion est réglable. 6. Procédé selon la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce que les fragments de pierres, obtenus par projection contre le troi- sième moyen de fractionnement (40) utilisé à l'étape (c), sont calibrés par celui-ci, qui ne libère, sur le sol, que les fragments de pierres (4) de dimension suffisamment réduite et qui renvoie les autres (5) contre le rotor de broyage, afin de permettre leur reprise par les marteaux, par dessous le rotor, en vue de leur re- cyclage parmi les pierres (1) nouvellement soulevées du sol. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications ci-des- sus, caractérisé en ce que le sens de rotation du rotor de broyage est inversé par rapport au sens de déplacement du broyeur. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le sens de rotation du rotor de broyage correspond à celui du dé- placement du broyeur afin d'obtenir dans certains cas une pro- jection directe de pierres (1) contre le troisième moyen de frac- tionnement (40) de calibrage et de dispersion. 9. Broyeur de pierres mobile permettant l'application du procé- dé de broyage de pierres selon les revendications 1 à 6 ci-des- sus, comportant, principalement, un caisson ouvert sur l'avant et sur l'arrière, à l'intérieur duquel est monté un rotor d'axe hori- zontal, portant, à sa périphérie, des marteaux répartis sur plu- sieurs rangées, tournants à proximité de moyens solidarisés au i0 dit caisson, destinés, en association avec les dits marteaux, à assurer un fractionnement des pierres lors de leur entraîne- ment par les marteaux, caractérisé en ce que les dits moyens (24, 30, 40), solidarisés au caisson (20), sont constitués, dans l'ordre, d'une pré-enclume (24), d'une enclume articulée (30), maintenue contre une butée par un moyen de rappel élastique, et d'un bouclier pendulaire (41), à débattement limité sur l'ar- rière, combiné à un volet (44) articulé verticalement, à débatte- ment réglable, venant, en position basse, prendre appui sur le bord supérieur du bouclier pendulaire (41). 10. Broyeur de pierres selon la revendication 9, caractérisé en ce que la pré-enclume (24) est fixée sous la traverse principale (13) du châssis (10). 11. Broyeur de pierres selon la revendication 10, caractérisé en ce que la pré-enclume est constituée d'une plaque (24) métalli- que à positionnement longitudinal réglable. 12. Broyeur de pierres selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'enclume articulée (30) est reliée au châssis par un axe (31) situé sur l'avant du rotor (22) et est rappelée contre une bu- tée fixée en travers du châssis par l'intermédiaire d'un bras (32) qui lui est solidaire et d'un vérin oléopneumatique (33) re- liant l'extrémité du dit bras (32) à un élément du châssis (10) du broyeur. 13. Broyeur de pierres selon la revendication 9, caractérisé en ce que le bouclier pendulaire (41) est relié au caisson (20) par l'intermédiaire d'un axe (42) disposé en travers de celui-ci et est limité, dans son débattement vers l'arrière, par une butée réglable (43), contre l'extrémité de laquelle il vient porter. 14. Broyeur de pierres selon la revendication 13, caractérisé en ce que le bouclier pendulaire (41)comporte des barreaux espa- cés, formant une grille de criblage. 15. Broyeur de pierres selon la revendication 13, caractérisé en ce que la position de l'axe d'articulation (42) du bouclier (41) est réglable horizontalement et verticalement. 16. Broyeur de pierres selon la revendication 13, caractérisé en ce que la hauteur du bouclier pendulaire (41) est déterminée de façon que son extrémité inférieure racle le sol. 17. Broyeur de pierres selon la revendication 9, caractérisé en ce que le volet articulé (44), combiné au bouclier pendulaire (41), comporte, sur la partie de sa face inférieure située au-delà du bouclier, des aubes déflectrices. 18. Broyeur de pierres selon la revendication 9, caractérisé en ce que le débattement du volet articulé (44) se règle par l'inter- médiaire d'une potence (48), articulable par rapport au châssis (10) du broyeur par l'intermédiaire d'un vérin (49), dont l'extré- mité est reliée au dit volet (44) par une chaîne (47).