Brevet FR2963895A1 — publié le 20120224

CRIBLE A TROIS AXES Domaine technique de l'invention L'invention est relative aux cribles, et plus particulièrement à un système de génération de vibrations à trois axes à balourd. État de la technique Les figures 1 a et 1 b représentent deux vues en perspective, la première montrant l'avant et la deuxième l'arrière, d'un crible à trois axes classique, tel que le modèle proposé par la société Chauvin sous la dénomination TRIROL. Trois axes à balourd, désignés de façon générale par 10a, 10b, et 10c tournent dans des paliers solidaires de parois latérales d'une carcasse 12 s'appuyant sur des ressorts posés sur un bâti 14. Les trois axes sont parallèles et disposés dans un plan horizontal. Les balourds sont formés par une excentration radiale (non visible) sur la longueur des axes, et par des balourds additionnels 16 fixés aux extrémités avant et arrière des axes. Comme cela est indiqué par les positions représentées des balourds additionnels, les deux axes externes 10a et 10c présentent un balourd de même orientation, tandis que l'axe central 10b présente un balourd orienté différemment, ici orthogonalement à celui des deux autres axes. Cette configuration, lorsque les axes sont entraînés en rotation en synchronisme, permet d'imposer une trajectoire de secousse elliptique a la carcasse. Le grand axe de l'ellipse est inclinable en fonction de l'orientation du balourd de l'axe central. Ainsi, il est important d'indexer les axes en rotation les uns par rapport aux autres. Comme on le voit à la figure 1 b, cette indexation est obtenue à l'aide d'une courroie crantée 18 reliant trois poulies crantées fixées respectivement aux extrémités arrière des trois axes. Cette courroie passe sous les poulies des axes externes 10a et 10c et sur la poulie de l'axe central 10b, de sorte que les axes externes soient tous entraînés dans le même sens de rotation et l'axe interne en sens inverse. Par ailleurs, une boucle de retour de la courroie crantée passe dans un dispositif tendeur fixé sur la carcasse au-dessus de l'axe central 10b. Pour entraîner en rotation les trois axes, il suffit d'accoupler l'un des axes à un moteur. Comme cela est visible à la figure 1 a, on a prévu deux moteurs 20 accouplés respectivement aux axes externes 10a et 10c par poulies et courroies trapézoïdales (les courroies ne sont pas représentées). Cette configuration à deux moteurs permet de répartir les contraintes dans la courroie crantée, de sorte qu'elle s'use moins vite à la fatigue. Les moteurs doivent suivre le déplacement de la carcasse au démarrage. Pour cela, ils sont montés sur des socles 22 articulés par rapport au bâti 14. Les moteurs sont alimentés par un même variateur (non représenté) qui permet de 10 réguler leur vitesse de rotation, et donc la fréquence des vibrations. Il existe des cribles où l'indexation des axes est faite à l'aide d'engrenages. Les systèmes à courroie crantée ont tendance aujourd'hui à supplanter les systèmes à engrenages, car ils sont nettement moins coûteux. Par contre, la courroie crantée s'use et doit être changée en fonction des conditions 15 d'utilisation. Par ailleurs, les systèmes d'indexation connus pour les cribles se révèlent bruyants du fait des chocs entre les dents ou crans venant en prise et du rattrapage des jeux dans les éléments de transmission. On tente aujourd'hui d'améliorer les conditions de travail des opérateurs, et notamment de réduire 20 les nuisances sonores produites par les machines. Quoiqu'on fasse, un crible produira du bruit du fait des chocs du granulat à cribler dans le coffre, mais les fréquence des chocs du granulat sont moins gênantes pour l'être humain que les fréquences, plus élevées, produites par les systèmes d'indexation. 25 Résumé de l'invention On constate qu'on a besoin d'un système d'indexation réglable en rotation de plusieurs axes nécessitant peu d'opérations de maintenance. On souhaite en outre que le système d'indexation soit relativement silencieux. On tend à satisfaire ces besoins en prévoyant un système de génération de 30 vibrations pour un crible comprenant deux axes à balourd parallèles tournant en synchronisme ; deux moteurs agencés pour entraîner respectivement les deux axes à balourd de manière indépendante mécaniquement ; un premier variateur agencé pour commander un premier des moteurs, ce variateur étant configuré dans un mode maître où il communique sur une liaison externe la position angulaire du premier moteur ; un deuxième variateur agencé pour commander le deuxième moteur, connecté à ladite liaison externe et configuré dans un mode esclave où il asservit la position angulaire du deuxième moteur en fonction de la position angulaire véhiculée sur la liaison externe ; et des lignes d'alimentation en courant continu communes aux variateurs. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs et illustrés à l'aide des dessins annexés, dans lesquels : les figures 1 a et 1 b, précédemment décrites, représentent deux vues en perspective d'un crible classique ; - la figure 2 représente une vue en perspective partielle d'un crible, révélant un mode de réalisation de système d'indexation amélioré ; et la figure 3 représente un schéma simplifié de connexion de plusieurs variateurs alimentant respectivement les moteurs du système d'indexation de la figure 2. Description d'un mode de réalisation préféré de l'invention Afin de réduire les nuisances sonores, on prévoit de supprimer l'indexation mécanique des axes, et de la remplacer par une indexation électronique. Cela permet par ailleurs l'élimination de pièces de transmission susceptibles d'usure, notamment les courroies crantées. A la figure 2, chacun des trois axes à balourd 10a, 10b, et 10c est entraîné par un moteur respectif 20a, 20b et 20c. Les moteurs sont commandés par trois variateurs respectifs (non représentés). Chaque variateur est d'un type permettant l'asservissement de la position angulaire du moteur qu'il commande sur une consigne externe. L'un des groupes moteur/variateur est établi en tant que groupe « maître » et fournit la position angulaire de son moteur comme consigne aux deux autres groupes, que l'on désignera « groupes esclaves ». II en résulte que les variateurs esclaves asservissent la position de leurs moteurs sur la position du moteur maître, de sorte que les trois moteurs se trouvent indexés en rotation. Comme c'est l'indexation en rotation des axes à balourd que l'on recherche, on préfèrera relier les moteurs aux axes par une transmission directe, empêchant toute rotation relative de l'axe à balourd par rapport au rotor du moteur. On utilise pour cela, par exemple, des joints de Cardan 24. Ces joints de Cardan permettent le montage des moteurs sur le sol, ou sur un socle fixe par rapport au bâti 14, de manière que ces moteurs ne soient pas soumis aux vibrations de la carcasse. La figure 3 représente un schéma de connexion des trois variateurs afin de réaliser l'asservissement souhaité des trois moteurs. Pour réduire le coût de conception et faciliter la maintenance, on préférera utiliser des variateurs d'usage courant disponibles dans le commerce. Dans cet exemple, on utilise des variateurs de la série « CFW » commercialisés par la société WEG. Ces variateurs disposent de toutes les fonctions requises pour réaliser le système d'indexation souhaité, à savoir l'asservissement de la position du moteur sur une consigne externe. Chaque variateur CFW comprend une partie puissance, à gauche, et une partie commande, à droite. La partie puissance comprend un module redresseur et de filtrage 30 alimenté par le réseau triphasé. Le courant continu produit par le module 30 est fourni par deux lignes à un module hacheur 32 qui produit un signal triphasé modulé en amplitude et en fréquence pour alimenter le moteur 20. La partie commande du variateur comprend un microcontrôleur CTRL qui commande les différents composants de la partie puissance en fonction de divers paramètres internes et externes. Le microcontrôleur comprend notamment une entrée POS pour recevoir la position angulaire du moteur, fournie par un capteur monté sur l'arbre du moteur, et un port de communication COMM destiné notamment à échanger des paramètres de fonctionnement avec les autres variateurs. Comme cela est représenté, les ports COMM des trois variateurs sont connectés à un bus commun. Un variateur CFW a deux modes de fonctionnement. Le mode « maître» est le mode normal, destiné à un fonctionnement de manière indépendante. Dans ce mode, le variateur utilise l'information de position du moteur pour asservir la vitesse de rotation en fonction d'une consigne utilisateur. Par ailleurs, il communique la position du moteur sur le port de communication COMM. Dans le mode « esclave », un variateur CFW asservit la position du moteur sur la position que transmet un variateur maître sur le bus COMM. La position est éventuellement modifiée d'un décalage réglable par l'utilisateur sur le variateur. Ainsi, dans l'exemple de la figure 2, si le variateur maître commande le moteur 20a, le variateur esclave qui commande le moteur 20b sera réglé pour ajouter 90° à la position qu'il reçoit, tandis que le variateur qui commande le moteur 20c ajoute 0°. L'opérateur, en réglant le décalage du variateur qui commande le moteur central 20b, réglera l'orientation du balourd de l'axe central 10b, et donc l'inclinaison de l'axe de la trajectoire elliptique des vibrations. Un tel réglage ne pouvait être fait, sur une machine classique, que par une intervention mécanique relativement lourde, par exemple pour repositionner la courroie crantée par rapport aux poulies. En procédant simplement comme décrit jusqu'à maintenant, c'est-à-dire en utilisant trois variateurs, l'un maître, et les deux autres esclaves, interconnectés seulement par le bus COMM, il s'avère que chaque variateur se trouve régulièrement dans des mauvaises conditions de fonctionnement et se met en mode sécurité. En fait, cela arrive lorsque le balourd entraîne le moteur par gravité et que le moteur se comporte en générateur. Pour éviter ce problème, comme cela est représenté, les lignes véhiculant le courant continu dans chaque variateur sont reliées à un bus DC-Bus commun à tous les variateurs. Cela permet à l'énergie produite par un moteur se comportant transitoirement en générateur d'être redistribuée sur les autres moteurs au lieu d'être prélevée sur le secteur. Il s'avère que les variateurs CFW ont des bornes B1 et B2 rendant les lignes de 30 courant continu accessibles de l'extérieur, permettant cette connexion en bus sans modifier les variateurs. Par ailleurs, chaque variateur comprend une borne B3 prévue pour connecter une résistance de freinage externe entre cette borne B3 et la borne B1. Un transistor 34 relie la borne B3 à la ligne connectée à la borne B2. La résistance de freinage est ainsi connectée entre les deux lignes de courant continu lorsque le transistor 34 est passant. Le transistor 34 est rendu passant par le microcontrôleur CTRL lorsque l'on souhaite arrêter le moteur. L'énergie produite par le moteur, fonctionnant alors en générateur, est dissipée dans la résistance. Dans le schéma de la figure 3, il faudrait normalement connecter une résistance de freinage à chaque variateur. Une résistance de freinage, devant être capable de dissiper plusieurs kilowatts pendant quelques secondes, est un composant coûteux qui doit être monté sur un dissipateur thermique. io Pour éviter cela, on n'équipe que le variateur maître d'une résistance de freinage 36. En effet, compte tenu que les lignes de courant continu sont communes aux trois variateurs, le transistor du variateur maître assure la gestion de la résistance de freinage unique pour tous les variateurs. De nombreuses variantes et modifications des modes de réalisation décrits ici 15 apparaîtront à l'homme du métier. Le système d'indexation des axes a été décrit en relation avec trois axes à balourd, qui en est l'application la plus utile, mais il s'applique de façon générale à tout système de génération de vibrations comportant au moins deux axes à balourd. REVENDICATIONS1. Système de génération de vibrations pour un crible, comprenant deux axes à balourd parallèles (10a, 10b) tournant en synchronisme, caractérisé en ce qu'il comprend : - deux moteurs (20a, 20b) agencés pour entraîner respectivement les deux axes à balourd de manière indépendante mécaniquement ; - un premier variateur (CFW) agencé pour commander un premier (20a) des moteurs, ce variateur étant configuré dans un mode maître où il communique sur une liaison externe (COMM) la position angulaire du premier moteur ; - un deuxième variateur (CFW) agencé pour commander le deuxième moteur (20b), connecté à ladite liaison externe (COMM) et configuré dans un mode esclave où il asservit la position angulaire du deuxième moteur en fonction de la position angulaire véhiculée sur la liaison externe ; et - des lignes d'alimentation en courant continu (DC-Bus) communes aux variateurs. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel les moteurs sont montés sur un socle fixe par rapport au bâti (14) du crible et sont reliés à leurs axes à balourd respectifs par des joints de Cardan (24). 3. Système selon la revendication 1, dans lequel chaque variateur comprend une borne (B3) de connexion d'une résistance de freinage, les variateurs étant connectés ensemble à une résistance de freinage commune (36) par l'intermédiaire du variateur maître. 4. Système selon la revendication 1, comprenant : - trois axes à balourd parallèles dans un même plan, les balourds des deux axes externes (10a, 10c) ayant la même orientation radiale, et le balourd de l'axe central (10b) ayant une orientation radiale distincte de celle des axes externes ;- un troisième moteur (20c) agencé pour entraîner le troisième axe à balourd (10c) ; et - un troisième variateur, en mode esclave, agencé pour asservir la position angulaire du troisième moteur en fonction de la position angulaire 5 véhiculée sur la liaison externe (COMM). 5. Système selon la revendication 4, dans lequel chaque variateur esclave asservit la position angulaire de son moteur sur la position angulaire véhiculée sur la liaison externe (COMM), modifiée par un décalage réglable sur le variateur.