Brevet FR2967408A1 — publié le 20120518

La présente invention concerne un assemblage par jonction de bande transporteuse. En premier lieu, l'invention se rapporte à un procédé d'assemblage par jonction de bande transporteuse par couture. Dans divers secteurs de l'industrie dont les mines, les carrières et l'agroalimentaire, le transport de marchandise s'effectue via des bandes transporteuses. Les bandes transporteuses sont des tapis roulants à échelle industrielle. Elles sont formées d'une ou plusieurs nappes textiles qui ont pour fonction de transmettre l'effort, et d'un revêtement en caoutchouc qui a pour fonction de protéger les nappes textiles de l'usure et des chocs. Pour des raisons de manutention et d'acheminement sur site, les tronçons de bandes sont fabriquées en rouleaux pesant jusqu'à 10 tonnes. Ces rouleaux ont une longueur de 200m en moyenne. Les tronçons de bandes sont alors assemblés sur le site de montage du transporteur pour former une bande jusqu'à plusieurs dizaines de kilomètres. Il en résulte un grand nombre de jonctions. Les jonctions sont effectuées par étage par vulcanisation (jonction à chaud), des pièces rapportées (jonction mécanique) ou bien par collage (jonction à froid). Ces jonctions nécessitent du temps pour être effectuées. Dans le cas de rupture de la bande lors du fonctionnement de cette dernière, des pertes considérables sont engendrées par l'arrêt du convoyage. L'assemblage est un réel problème, d'autant plus qu'il fragilise la bande. En effet, une résistance de 75% par rapport à la résistance nominale à la traction de la bande est obtenue dans le meilleur des cas avec une résistance de 50% da la résistance nominale à la traction de la bande dans bien des cas, sachant que la résistance nominale à la traction des bandes transporteuses est de l'ordre de 1400 N/mm. La jonction est le point faible de la bande transporteuse. Il existe donc un besoin d'améliorer ces jonctions, en améliorant leur résistance et la 25 tenue des jonctions. L'invention a pour but de répondre à ces besoins, et de résoudre au moins une partie des problèmes posés par l'état de la technique. Dans ce but il est proposé un procédé d'assemblage de deux bouts de bande transporteuse constituée d'une carcasse et d'un revêtement, par couture, comprenant les 30 étapes suivante : - préparation des bouts pour leur donner une forme et un état appropriés - dépose du revêtement de chacun des bouts sur une longueur prédéterminée - couture pour assembler les deux carcasses - pose d'un revêtement. Ce procédé est particulier en ce que la forme des bouts est une forme en dents. En effet en donnant aux bouts une forme à plusieurs dents, la tenue de la jonction en est nettement améliorée. Les bandes transporteuses sont fréquemment des bandes multiplis, c'est à dire à plusieurs carcasses superposées, par exemple à 5 plis. Il existe alors une possibilité alternative qui consiste sur les deux extrémités de bande à assembler à couper les plis individuellement, en une position décalée à chaque pli, pour obtenir une sorte d'escalier, complémentaire sur l'une des extrémités par rapport à l'autre, ce qui donne également une interpénétration des carcasses. Selon d'autres caractéristiques : - Procédé selon la revendication 1, dans lequel une étape supplémentaire de pose par coutures de tissu de renfort est prévu entre les étapes de dépose du revêtement 5 et de couture pour assemblage des carcasses (4). lesdites dents présentent une longueur supérieure à l oomm, de préférence supérieure à 200mm. En effet, la tenue de la jonction est très nettement meilleure à 200mm qu'à 100mm, et la tenue continue de s'améliorer si la longueur est augmentée d'avantage. - ladite couture présente une densité de couture supérieure à 10 fils/cm, de préférence supérieure à 15 fils/cm, typiquement 20 ou 25 fils/cm. En effet la tenue de la jonction est nettement meilleure avec 20 fils/cm qu'avec 10 fils/cm. Quand on diminue la longueur du point de couture, une densité de 10 à 15 fils/cm peut aussi convenir. - la matière du fil est un polymère typiquement à cristaux liquides. En effet ce matériau présente un bon compromis entre la résistance spécifique, la déformation à rupture, la tenue à la chaleur et la résistance au noeud. Ses essais ont montré que le matériau diminue. Le coefficient de frottement du fil est important. l'angle complémentaire de l'angle des fils de la couture par rapport à l'axe longitudinal de la bande est compris entre 30 et 60°, de préférence de l'ordre de 45°. Un tel angle a l'avantage de s'éloigner tant de la couture longitudinale que de la couture transversale, qui tous deux donnent de moins bons résultats. On rappelle que l'angle complémentaire est le complément à 90°. Ainsi quand ledit angle complémentaire est de 30°, l'angle de la couture par rapport à l'axe longitudinal de la bande est de 60°. deux sens de couture différents sont appliqués de sorte à croiser les fils correspondants, de préférence d'une manière sensiblement symétrique par rapport à l'axe longitudinal de la bande. Un tel croisement de fils améliore la tenue de la couture. - l'angle des dents par rapport à l'axe longitudinal de la bande est compris entre 4 et 10°, de préférence de l'ordre de 7°. De tels angles permettent notamment d'obtenir un plus grand nombre de dents que des angles plus grands, tout en gardant une solidité suffisante. La présente invention concerne également l'utilisation d'un procédé de couture 15 conforme à ceux décrit ci-dessus pour obtenir un assemblage de deux bouts de bande transporteuse constituée d'une carcasse et d'un revêtement. L'invention se rapporte encore à une bande transporteuse comprenant une carcasse et d'un revêtement. La bande transporteuse est formée de bouts comprenant au moins une carcasse et un revêtement, lesdits bouts étant assemblés par couture de densité 20 supérieure à 10 fils/cm, en découpe dissymétrique, à dents décalées. D'autres avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'un exemple de réalisation non limitatif et des dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 représente en vue de dessus deux bouts de bande cousus, La figure 2 représente en vue de côté les deux bouts de bande de la figure 1, 25 La figure 3 représente des courbes de contrainte/déformation d'échantillons de carcasse cousus selon le procédé de l'invention et d'une carcasse entière, La figure 4 représente une courbe présentant la force de rupture par rapport à la densité de couture, La figure 5 présente un mode de découpe symétrique de deux bouts de bande, 30 La figure 6 présente un mode de découpe dissymétrique, de deux bouts de bande, La figure 7 représente des courbes de contrainte/déformation d'échantillons de bande cousus selon le procédé de l'invention et d'une bande complète. On peut voir sur les fig. 1 et 2, une bande 1 composée de deux bouts 2 et 3 à assembler. La bande 1 comporte une carcasse 4 et un revêtement 5, en caoutchouc. La carcasse apporte la résistance mécanique à la bande, alors que le revêtement 5 protège la carcasse et apporte une résistance aux agents extérieurs tels que l'humidité, le feu, la résistance chimique aux intempéries, aux produits transportés, la résistance aux impacts et/ou à l'abrasion. Ainsi, le revêtement apporte la durabilité. La forme des bouts 2, 3 est une forme en dents. Pour qualifier des essais de couture, on réalise une jonction, puis on procède à un test de traction. La résistance à la traction est comparée à la résistance à la traction de la bande, ce qui fait qu'une couture « parfaite » donnerait un résultat de 100%. On rappelle que dans l'état de la technique, les résultats vont de 50 à 75%. Avec une couture d'une jonction de bouts droits, plusieurs essais ont été faits, et le résultat était toujours inférieur à 40%, ce qui n'est pas satisfaisant. On a ensuite essayé une jonction de bouts à 45° en diagonale, ou alors à 45° en formant une seule dent 6. Les résultats sont comparables au cas des bouts droits. Les résultats deviennent meilleurs quand on découpe les bouts pour former plusieurs dents, avec un résultat de 50% obtenu avec 4 dents d'une longueur de 100mm. La nature du fil est également importante. Plusieurs matériaux ont été envisagés, dont 20 les caractéristiques sont présentées dans le tableau 1. Un tex exprime la taille d'un fil, en mg/m. Matière Exemple Résistance Déformation Température Résistance de marque spécifique à rupture ramollissement au noeud th (cN/tex) (%) (°C) (%) polyamide Nylon 60 19 130 50 Polyéthylène Dacron 50 13 170 50 téréphtalate Polyéthylène Dyneema 330 3,8 70 50 à masse molaire élevée Polymères à Vectran 210 3,3 200 50 crystaux liquides Aramide Kevlar 255 3,4 350 50 Twaron 225 3,3 350 30 Technora 245 3,4 350 30 Tableau 1. Il faut transmettre des efforts de l'ordre de 60 % de la force nominale de rupture sur la jonction. La résistance du fil doit donc être élevée. Sachant que la taille du fil doit être limitée en raison des échauffements qu'induit un fil trop gros lors d'une couture, c'est la résistance par tex qui doit être élevée (voir colonne 3 du tableau 2). Par ailleurs les fils doivent présenter une déformation à rupture d'au moins 3%, pour ne pas se détériorer lors du passage sur un tambour de 450mm de diamètre pour une distance fibre neutre - extérieur de 7 mm. Ensuite ils doivent garder leur résistance jusqu'à la température de 200°C au minimum pour ne pas se détériorer pendant la couture. Enfin si plusieurs matières conviennent, la résistance au noeud peut faire la différence. Au vu de ce qui précède et des caractéristiques de matériaux, le polymère à cristaux liquides a été retenu, et un fil dit de marque Vectran a été utilisé pour les essais. On a alors réalisé un grand nombre d'essais, pour tenter de déterminer une forme appropriée des dents, permettant d'obtenir des résultats satisfaisants. En effet pas moins de onze paramètres peuvent intervenir pour définir la jonction : l'angle des dents (a) par rapport à l'axe longitudinal de la bande, la longueur des dents (b), la largeur de l'échantillon (c), la longueur de la couture (d), la largeur de la couture (e), la taille de l'aiguille (f), c'est à dire son diamètre, la longueur du point de couture (g), la densité de couture (h) en fils par cm, l'angle de couture (i) par rapport à la perpendiculaire à l'axe longitudinal de la bande. Par un choix judicieux d'essais à réaliser selon deux plans d'expérience successifs et plus de 60 essais de jonctions sur des échantillons de carcasse, on a pu établir que quatre de ces paramètres ont une influence forte sur la tenue de la jonction. Ce sont la longueur des dents (b), la densité de couture (h), l'angle des dents (a), et l'angle de la couture (i). Les résultats sont reportés dans le tableau n°2. Longueur dent Densité couture Angle couture Angle dent (°) Tenue (%) (mm) (fils/cm) (°) 200 20 30 6,6 74 200 20 30 6,6 74 200 20 30 4 65 200 20 30 4 78 200 20 60 6,6 75 200 20 60 6,6 87 200 20 60 4 75 200 20 60 4 66 200 10 30 6,6 66 200 10 30 6,6 55 200 10 30 4 63 200 10 30 4 71 200 10 60 6,6 69 200 10 60 6,6 65 200 10 60 4 61 200 10 60 4 64 100 20 30 6,6 59 100 20 30 6,6 65 100 20 30 4 52 100 20 30 4 62 100 20 60 6,6 60 100 20 60 6,6 58 100 20 60 4 47 100 20 60 4 35 100 10 30 6,6 40 100 10 30 6,6 56 100 10 30 4 50 100 10 30 4 54 100 10 60 6,6 35 100 10 60 6,6 41 100 10 60 4 28 100 10 60 4 38 Tableau n° 2 On a ainsi pu déterminer qu'une longueur de dents de b = 200mm donne des résultats très nettement meilleurs qu'une longueur de b = 100mm. Par ailleurs une densité de couture de h = 20 fils par cm donne des résultats nettement meilleurs qu'une densité de couture de h = 10 fils par cm. L'angle de la dent (a) doit être faible, notamment pour permettre la réalisation de plusieurs dents. Des valeurs comprises entre a = 4 et a = 7° ont donné des résultats satisfaisants, avec des résultats meilleurs avec a = 6,6° qu'avec a = 4°. Enfin l'angle de la couture doit être éloigné de i = 0° et de i = 90°, de préférence entre i = 30° et i = 60°, avec des résultats légèrement meilleurs pour 30°. Quand on réalise une couture avec de tels angles mais de part et d'autre de l'axe longitudinal de la bande, cela donne des points croisés à 60° pour des angles de i = 30° ou i = 60°, et à 90° pour un angle de i = 45°. Pour des angles de dents de a = 4 pour moitié, et a = 6,6 pour l'autre moitié, des angles de couture de i = 30 ou i = 60°, quand on fixe la longueur des dents à b = 200mm et la densité de couture à h = 20 fils/cm, on obtient un résultat de 72% de tenue à la traction, en moyenne sur 8 essais. La fig. 3 présente les courbes de traction des 18 meilleurs échantillons, sur 32 échantillons testés, ainsi que celle de la carcasse complète. Les courbes de traction nous montrent que le comportement en traction de la jonction est relativement similaire à celui de la carcasse complète. En effet, globalement, les courbes des échantillons cousus ont la même évolution que la courbe référence de la carcasse. Les courbes de la zone A sur la fig. 3 correspondent aux seuls échantillons avec une longueur de dents de b = 100mm, alors que les courbes de la zone B correspondent aux échantillons avec une longueur de dents de b = 200mm. On observe qu'avec une longeur de dents de b = 100mm, le module (la pente de la courbe) est proche du module de la carcasse seule, alors qu'avec une longueur de dents de b = 200mm, ce module est plus élevé que pour la carcasse seule. La longueur des dents (b) a donc une influence significative sur le module de la jonction. On observe par ailleurs sur cette même fig. 3 que la déformation avant rupture des échantillons cousus est plus faible que celle de la carcasse seule : entre 12 et 18 % contre environ 22 %. Ceci s'explique par le fait que le fil utilisé présente intrinsèquement un allongement à la rupture de 3%, valeur minimale requise pour que la bande transporteuse puisse notamment tourner sans dommage autour d'un tambour de diamètre 450 mm. Nous pouvons constater que seuls deux paramètres sont prépondérants : la longueur des dents (b) et la densité de couture (h), mais le plus influent est la longueur des dents (b). Or la longueur des dents (b) pourrait être augmentée à souhait, il semblerait que la jonction n'en serait que meilleure. Néanmoins, la jonction par couture doit avoir une longueur réduite pour pouvoir être compétitive par rapport aux autres jonctions. Or avec une longueur de b = 200mm, les résultats sont très nettement meilleurs qu'avec une longueur de b = 100mm, et sont proches des meilleures résultats possibles dans l'état de la technique. La longueur de b = 200mm semble donc un bon choix. En ce qui concerne la densité de couture (h), on peut observer par des essais du même type que ceux présentés ci-dessus que la force de rupture présente une augmentation jusqu'à une densité de couture (h) optimale, puis chute (voir fig. 4). On peut dire que trop de densité de couture (h) nuit à la tenue de la jonction. Ceci s'explique par le fait que, quand la densité (h) arrive à saturation, les fils de l'étoffe se retrouvent bloqués par la couture et ne peuvent plus se déplacer pour laisser la place à l'aiguille, et donc au nouveau fil. Ceci a pour conséquence l'endommagement des fils de l'étoffe par l'aiguille lorsqu'elle pénètre dans la matière. Or on a pu constater par les essais effectués ci-dessus qu'une valeur de 20 fils/cm donnait de meilleurs résultats qu'une valeur de 10 fils/cm. Il serait utile d'effectuer quelques essais supplémentaires, pour mieux situer la densité de couture (h) optimale. Des essais ont été réalisés sur des échantillons de bande complète, avec revêtement caoutchouc avec une largeur d'échantillon de c = 100mm. Le revêtement a donc d'abord été retiré, on parle du pelage de la bande, par un cutter. Ensuite les bouts ont été découpés en dents, avec une longueur de dents de b = 200mm, une densité de couture de h = 25 fils/cm, un angle de couture de i = 30° et un angle de dent de a = 7°. La largeur de la couture est de e = 75 mm. Deux échantillons ont été réalisés. Le premier (voir fig. 5) présente une découpe symétrique, l'un des bouts présentant 5 dents et l'autre 4 s'emboitant entre les 5 dents du premier bout. Le deuxième (voir fig. 6) présente une découpe dissymétrique, avec 4 dents pour chaque bout, décalées. Après couture, on s'aperçoit que la largeur de l'échantillon présente un bombement inférieur à 2 cm de large de chaque côté de l'échantillon, et une surépaisseur inférieure à 2 mm, acceptable pour permettre une pose d'un revêtement caoutchouc et obtenir une bande finie conforme aux besoins de l'industrie. Les essais sont reportés à la fig. 7. On peut voir que les jonctions ont un comportement similaire à la bande transporteuse. En effet, on retrouve les différentes phases de la courbe : phases élastique, visqueuse et plastique, cependant moins prononcées sur les échantillons cousus. On obtient des efficacités respectives de 55 et 60%, ce qui est plus faible que pour les 20 essais sur bande complète (courbe B sur la fig. 7). Le résultat est néanmoins satisfaisant. Par ailleurs, on peut distinguer les deux configurations de découpe : la découpe dissymétrique (fig. 6, courbe 2 sur la fig. 7), à dents décalées, semble donner un meilleur résultat (60%) que la découpe symétrique (fig. 5, courbe 1 sur la fig. 7). Enfin, la déformation à la rupture est du même ordre que celle de la bande complète. On 25 a donc un comportement à la traction très satisfaisant. Le même type d'échantillon a été soumis à un test de comportement à l'usage. Pour cela des échantillons ont été cousus avec les mêmes paramètres que ci-dessus. Ensuite la zone cousue a été enrobée avec de la pâte PVC, pour faire le lien avec le caoutchouc pendant la phase ultérieure de vulcanisation. Enfin la zone cousue a été recouverte de 30 feuilles de caoutchouc crues, puis vulcanisée. On obtient ainsi une bande homogène, et avec les fils de couture protégés. Les échantillons ont ensuite été insérés dans une bande, par une jonction mécanique à agrafes conforme à l'état de la technique, avant d'être sollicités sur un banc d'essai ayant les caractéristiques suivantes : 6 tambours avec un diamètre de 400mm imposent 4 flexions dans un sens et 2 flexions dans l'autre sens, la vitesse de rotation correspond à une période de 5s par tour la tension nominale d'essai est de 10% de la résistance nominale en traction de la bande à tester la tension est appliquée à l'aide de vérins la longueur de la bande que le banc peut contenir est de 12m La première phase d'essai sur le banc dynamique a été réalisée avec une tension nominale de fonctionnement de la bande de 5% par rapport à la résistance nominale de la bande, ce qui représente un effort de 7000N sur la jonction cousue. La bande a fonctionné avec la tension de 5% pendant une semaine, ce qui représente 907 200 flexions. La jonction a résisté aux différents efforts. Cela correspond à plus de 4 années de fonctionnement sur un site industriel moyen. La deuxième phase d'essai a consisté à faire fonctionner le banc d'essai à une tension de 10%. La jonction a tenu 72 heures, soit 388 800 flexions avant que les jonctions mécaniques ne lâchent. Cela correspond à 2,2 années supplémentaires sur site. La jonction test par couture résistait toujours. Il résulte de ces essais que la jonction par couture telle que définie après les séries d'essais sur carcasse, tient à l'usure mieux que des jonctions mécaniques de l'état de la technique. Cela permet de proposer une solution alternative à l'assemblage de deux bouts de bande transporteuse, avec une tenue améliorée. Les combinaisons des différentes réalisations représentées sur les dessins ou décrites ci-dessus ne sortent pas du cadre de l'invention. Les signes de références insérés après les caractéristiques techniques mentionnées dans les revendications ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernières et n'en limitent aucunement la portée. Nomenclature : 1. bande 2. et 3. bouts 4. carcasse 5. revêtement a. angle des dents par rapport à l'axe longitudinal de la bande (°) b. longueur des dents (mm) c. largeur de l'échantillon (mm) d. longueur de la couture (mm) e. largeur de la couture (mm) f. taille de l'aiguille (centième de mm) g. longueur du point de couture (mm) h. densité de couture (fils/cm) i. angle de la couture par rapport à la perpendiculaire à l'axe longitudinal de la bande (°) REVENDICATIONS1. Procédé d'assemblage de deux bouts (2, 3) de bande transporteuse (1) constituée d'une carcasse (4) et d'un revêtement (5), par couture, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivante : - préparation des bouts (2, 3) pour leur donner une forme appropriée à savoir une forme en dents - dépose du revêtement (5) de chacun des bouts sur une longueur prédéterminée - couture pour assembler les carcasses (4) des deux bouts (2, 3) pose d'un revêtement (5) pour recouvrir la couture 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel une étape supplémentaire de pose par coutures de tissu de renfort est prévu entre les étapes de dépose du revêtement 5 et de couture pour assemblage des carcasses (4). 3. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel lesdites dents présentent 15 une longueur (b) supérieure à 100mm, de préférence supérieure à 200mm. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite couture présente une densité de couture (h) supérieure à dix fils/cm, de préférence supérieure à quinze fils/cm, typiquement vingt-cinq fils/cm. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la matière du fil 20 est un polymère. 6. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la matière du fil est un polymère à cristaux liquides. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'angle complémentaire (i) de l'angle des fils de la couture par rapport à l'axe 25 longitudinal de la bande est compris entre 30 et 60°, de préférence de l'ordre de 45 °. 8. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel deux sens de couture différent sont appliqués de sorte à croiser les fils correspondants, de préférence d'une manière sensiblement symétrique par rapport à l'axe longitudinal de la 30 bande. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'angle des dents (a) par rapport à l'axe longitudinal de la bande est compris entre 4 et 10°, de préférence de l'ordre de 6,6°. 10. Utilisation d'un procédé de couture conforme à ceux décrit selon l'une des revendications précédentes pour obtenir un assemblage de deux bouts de bande transporteuse constituée d'une carcasse et d'un revêtement. 11. Bande transporteuse (1), caractérisée en ce qu'elle est formée de bouts (2, 3) comprenant au moins une carcasse (4) et un revêtement (5), lesdits bouts étant assemblés par couture de densité (h) supérieure à 10 fils/cm, en découpe dissymétrique, à dents décalées.