Brevet FR3006612A1 — publié le 20141212

Dispositif vibrant du type crible à forte accélération La présente invention concerne des dispositifs vibrants du type crible. Il s'agit d'appareils de dimension importante utilisés pour l'exploitation de carrières, pour le traitement des minerais et pour les sites de recyclage. Leur rôle consiste à trier les matériaux particulaires par taille au travers de plusieurs tamis superposés, appelés surfaces criblantes, dotés chacun de vides de maille pour le passage des matériaux particulaires, en fonction de leur taille, d'un tamis supérieur vers un tamis inférieur. Un dispositif vibrant comprend généralement : - un caisson horizontal ou incliné, monté mobile par rapport à un plan fixe horizontal et ayant au moins une surface criblante présentant une extrémité d'alimentation du matériau et une extrémité d'évacuation du matériau ; - des lignes d'arbre balourde commandées par un moteur et imprimant un mouvement vibratoire au caisson engendrant des contraintes dans le caisson. Il existe plusieurs types de dispositif vibrant : - les dispositifs horizontaux : le caisson est horizontal, voire légèrement incliné, et suspendu sur châssis-support fixe posé au sol. Pour faire avancer le matériau particulaire le long de la surface criblante depuis l'extrémité d'alimentation jusqu'à l'extrémité d'évacuation, le mouvement vibratoire imprimé par les arbres balourdes est d'allure elliptique ou linéaire. Le matériau particulaire est ainsi secoué de manière à rebondir en avançant pas à pas. - les dispositifs inclinés : le caisson est incliné d'un angle allant classiquement de 10° à 25°, voire 30° pour certaines applications, par rapport à l'horizontale. Le dispositif étant incliné, le matériau particulaire projeté avance naturellement le long de la surface criblante par gravité depuis l'extrémité d'alimentation jusqu'à l'extrémité d'évacuation. Par conséquent, un mouvement vibratoire elliptique n'est pas nécessaire, un mouvement vibratoire d'allure circulaire étant suffisant pour faire simplement rebondir les particules. Pour un mouvement circulaire, respectivement elliptique, les arbres balourdés sont configurés de manière à créer une vibration ayant une composante verticale et une composante horizontale équivalentes, respectivement différentes mais non nulles. La trajectoire elliptique est réglable en amplitude et en inclinaison selon les matériaux particulaires à trier. Dans la plupart des dispositifs vibrants, une à trois lignes d'arbre balourdé se chargent de produire ces mouvements vibratoires circulaires ou elliptiques. Les arbres adjacents entre eux tournent, soit dans le même sens pour engendrer un mouvement circulaire, soit en sens contraire pour créer un mouvement elliptique, et sont synchronisés par des variateurs de fréquence ou un système à engrenages. La transmission de puissance est assurée par un moteur externe. Il est également possible d'imprimer au caisson un mouvement vibratoire linéaire, donc rectiligne, au moyen de deux lignes d'arbre balourdé tournant en sens contraire, et synchronisées via des variateurs de fréquence ou un système à engrenages. Dans ce cas, les arbres balourdés sont positionnés de manière à créer une vibration ayant une unique composante linéaire selon un angle a choisi par rapport à l'horizontale. Quelle que soit l'allure du mouvement vibratoire, ce dernier est défini par son accélération verticale Kv qui dépend notamment de la vitesse de rotation N et de l'amplitude A du mouvement alternatif des arbres balourdés. La vitesse de rotation N peut varier en fonction du variateur de fréquence ou du rapport de réduction entre moteur et récepteur, tandis que l'amplitude A de vibration peut varier en fonction du positionnement ou de la quantité de balourds centrifuges sur les lignes d'arbre. Plus l'accélération est forte, plus le criblage sera efficace et performant. Dans la plupart des dispositifs vibrants existants, l'accélération verticale Kv est de l'ordre de 3G. Il est d'usage de faire vibrer le caisson directement au niveau de son centre de gravité afin d'uniformiser la forme vibratoire en tout point du caisson. Par conséquent, les lignes d'arbre sont situées habituellement au voisinage du centre de gravité du caisson, et reliées à un même moteur ou chacune à un moteur indépendant. L'excitation, en d'autres termes la force centrifuge générée par la rotation des lignes d'arbre, ou encore la transmission des vibrations, est donc localisée au coeur du caisson. L'accès aux lignes d'arbre pour la maintenance s'effectue toujours par les côtés latéraux du caisson où seuls sont accessibles les engrenages au niveau des extrémités des arbres. L'accès aux différentes surfaces criblantes s'effectue par le dessus du caisson pour la surface criblante supérieure, ou par l'intérieur du caisson pour les surfaces criblantes inférieures. La position des arbres entre les surfaces criblantes gêne l'accès à ces dernières lorsqu'il faut remplacer les tamis. La maintenance est ainsi malaisée, longue et coûteuse. Par ailleurs, une telle accélération de 3G entraîne de fortes contraintes dans le caisson, notamment à l'emplacement des lignes d'arbre, donc au voisinage du centre de gravité, avec un risque plus élevé de rupture de certaines pièces, notamment des parois et des traverses du caisson, entraînant de fait une maintenance préventive et curative plus fréquente du caisson, plus la nécessité de renforcer la zone autour du centre de gravité. L'objectif de la présente invention consiste à remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un dispositif vibrant de construction simple, offrant une double accélération afin d'accélérer le processus de tri, c'est-à-dire augmenter les performances de criblage, et où l'accessibilité aux tamis est relativement aisée pour la maintenance. Le dispositif vibrant selon l'invention comprend : - un caisson horizontal ou incliné, monté mobile par rapport à un plan fixe horizontal et ayant au moins une surface criblante présentant une extrémité d'alimentation du matériau particulaire et une extrémité d'évacuation du matériau particulaire ; - deux lignes d'arbre balourde commandées chacune par un moteur indépendant, tournant en sens inverse de manière synchronisée et imprimant un mouvement vibratoire au caisson engendrant des contraintes dans le caisson. Il se caractérise à titre principal en ce que ces deux lignes d'arbre : - sont disposées symétriquement à égale distance de part et d'autre du centre de gravité du caisson et espacées d'un entraxe E d'au moins 3m entre leurs axes de rotation ; - appartiennent à un même plan de répartition des contraintes passant par le centre de gravité du caisson et incliné d'un angle y par rapport à l'horizontale ; - possèdent des balourds de masse égale tournant en opposition ; en ce que le mouvement vibratoire imprimé au caisson est d'allure linéaire, d'un angle a par rapport à l'horizontale, et représente une accélération verticale Kv d'au moins 6G ; et en ce que la synchronisation entre les mouvements rotatoires des arbres balourdes en fonctionnement est réalisée de manière naturelle. La combinaison spécifique de ces caractéristiques techniques permet d'obtenir au final un crible dont les performances de criblage sont optimales. Les contraintes ne sont ainsi plus concentrées uniquement au niveau du centre de gravité, ou au niveau d'un unique emplacement privilégié de la partie excitatrice du dispositif vibrant, mais elles sont réparties de façon homogène dans le caisson. Cela permet d'équilibrer les forces exercées sur le caisson, d'autant plus que l'accélération verticale Kv a doublé en passant de 3G traditionnellement à 6G, créant d'autant plus de contraintes sur le caisson. De préférence, l'accélération verticale Kv est comprise entre 6,3G et 6,6G. Le fait d'imprimer un mouvement vibratoire linéaire et non elliptique ou circulaire permet de simplifier la construction du dispositif vibrant et le rendre mois cher tout en assurant une efficacité de criblage supérieure aux cribles traditionnels. Aussi, la synchronisation entre les arbres balourdes en fonctionnement est réalisée de manière naturelle et non plus via des variateurs de fréquence ou un système à engrenages. Il n'y a donc aucun système mécanique ou électronique de synchronisation, ce qui simplifie à l'extrême le système de fonctionnement du dispositif vibrant, le rendant plus fiable, tout en diminuant drastiquement la maintenance des pièces. La synchronisation naturelle est un phénomène physique apparaissant au bout de quelques tours, à l'issue desquels le rythme de vibration des deux arbres s'harmonise naturellement, par interaction dynamique, sans intervention mécanique ou humaine. De façon plus précise, la résultante des vibrations créées par les deux lignes d'arbre passe par le centre de gravité du caisson. Cela permet d'assurer un équilibrage parfait des efforts dans le caisson et de générer un mouvement vibratoire identique dans tout le caisson. Selon l'invention, le plan P de répartition des contraintes est incliné par rapport à l'horizontale d'un angle y = a/2 - CL En pratique, l'angle a est compris entre 55° et 60° pour un caisson vibrant horizontal, et entre 80° et 82° pour un caisson vibrant incliné. L'accélération mécanique générale K du caisson est aussi appelée accélération de projection qui, dirigée sous l'angle a, propulse les matériaux particulaires dans le sens d'écoulement sur le crible. Cette accélération mécanique générale est définie de la manière suivante : K = A N2 / 89456 où : - N correspondant à la vitesse de rotation des arbres ; - A correspondant à l'amplitude du mouvement alternatif des arbres. A l'issue de leur phase périodique de projection, les matériaux retombent sur la surface criblante et leur collision à l'impact sur la toile de la surface criblante provoque l'accélération verticale Kv qui est caractéristique du crible, et qui est définie de la manière suivante : Kv = K sin(a+(3) / cos((3), où (3 correspond à la pente du caisson par rapport à l'horizontale. La valeur de cette accélération Kv, appelée « nombre de Froude » est significative pour l'appréciation de la capacité d'absorption et de l'efficacité du dispositif vibrant. Elle s'élève à plus de 6G pour le crible selon l'invention, et est atteinte grâce aux dispositions géométriques spécifiques des lignes d'arbres balourdes dans le caisson comme explicité précédemment, et au mouvement vibratoire linéaire. Avec de telles accélérations, le tri est réalisé de manière plus rapide et plus efficace. Dès lors, le débit de produits criblés du dispositif vibrant selon l'invention est supérieur d'au moins 40% à un débit de produits criblés d'un dispositif vibrant où Kv=3,6G, et ce pour une surface de criblage équivalente. Pour un caisson du type incliné où p 0, l'angle a est avantageusement défini de la manière suivante : a = arccos (cos((3) / K). Ainsi, l'angle a de la ligne d'action des vibrations équivaut à l'angle naturel de projection du matériau particulaire pour un crible à vibration circulaire traditionnel. Pour un caisson du type horizontal, l'une des deux lignes d'arbre dépasse de la partie supérieure du caisson tandis que l'autre ligne d'arbre dépasse de la partie inférieure du caisson. Le fait que les lignes d'arbre dépassent du caisson est très pratique pour la maintenance des tamis par les techniciens qui y ont ainsi directement accès sans avoir besoin de se faufiler entre les arbres. Ces derniers ne gênent donc plus, et ce quel que soit le nombre de surfaces criblantes équipant le dispositif vibrant entre la partie supérieure et la partie inférieure du caisson. Pour permettre au matériau particulaire de bien circuler entre la surface criblante supérieure et l'arbre supérieur, un espace libre d'une distance d comprise entre 250mm et 350mm est prévue entre la ligne d'arbre supérieure et la surface criblante supérieure du caisson. De manière générale, pour supporter une telle accélération de 6G générant des contraintes importantes, et éviter des déformations ou des ruptures de pièces à court et long terme, le caisson présente un renfort mécanique principal au niveau du plan de répartition des contraintes, qui consiste en un profilé en forme de U boulonné au caisson et reliant, de chaque côté latéral du caisson, les deux lignes d'arbres. Le caisson présente également des renforts mécaniques supplémentaires au niveau de trois plans passant respectivement par le premier arbre balourdé, le centre de gravité, et le second arbre balourdé, ces trois plans étant perpendiculaires au plan de répartition des contraintes. Ces renforts mécaniques supplémentaires consistent, pour chaque côté latéral du caisson, en des profilés en forme de U boulonnés au caisson et orientés perpendiculairement audit renfort mécanique principal. Ces renforts permettent d'assurer une rigidité longitudinale du caisson. Voici un exemple de paramètres dynamiques caractérisant un crible horizontal selon l'invention : - vitesse de rotation des arbres : N=1000t/mn - angle du mouvement vibratoire linéaire : a=55° - amplitude de vibration : A=0,7cm (course = 14mm) - accélération mécanique générale : K=7,83G - accélération verticale : Kv=6,41G - point de retombée du matériau particulaire sur le crible : R°c = 734° L'invention va à présent être décrite plus en détail, en référence aux figures annexées, pour lesquelles : la figure 1 représente l'installation générale d'un dispositif vibrant de l'art antérieur ; la figure 2 montre schématiquement un caisson vibrant incliné selon l'invention ; la figure 3 illustre schématiquement un caisson vibrant horizontal selon l'invention ; les figures 4 et 5 sont des vues en perspective d'un dispositif vibrant horizontal selon l'invention. La figure 1 illustre un dispositif vibrant de l'art antérieur. Il s'agit d'un crible incliné qui comprend un caisson (2) vibrant suspendu à un châssis-support (1) posé à l'horizontale, au moyen de ressorts (3) disposés aux quatre coins du caisson (2). Ce dernier comprend trois surfaces criblantes (4) consistant en des tamis, c'est-à-dire des panneaux dotés de vides de mailles dont la dimension des orifices correspond à la dimension de tri du matériau particulaire qui est déversé sur le caisson (2). Pour aider le matériau particulaire à passer à travers les mailles et à circuler le long de la surface criblante (4), un système vibratoire est intégré dans le caisson (2). Ce système vibratoire est composé de trois lignes d'arbre balourde (6) disposées côte à côte et traversant transversalement le caisson (2) en passant au voisinage du centre de gravité du caisson (2). Il s'agit d'un système vibratoire dans lequel on fait tourner en sens opposés autour d'arbres (6) individuels deux poids en déséquilibre pour obtenir des mouvements d'agitation ou d'oscillation du caisson (2). Un moteur (8) est prévu pour entraîner les arbres (6) via des moyens d'entraînement (9) et des cardans (7), et un système mécanique ou électronique de synchronisation des arbres (6) est mis en place entre le moteur (8) et les arbres (6). Ce système vibratoire à trois arbres (6) imprime un mouvement elliptique au caisson (2). L'ensemble des contraintes liées aux vibrations est concentré au voisinage de l'axe transversal passant par le centre de gravité du caisson (2). Pour ne pas déformer la structure du caisson (2) et éviter tout risque de rupture prématurée du moteur (8) et du système de synchronisation, l'accélération verticale caractérisant les vibrations est limitée aux alentours des 3G. Conformément à la figure 2, le caisson (12) selon l'invention est incliné d'un angle p d'environ 20° par rapport à l'horizontale dans cet exemple. L'alimentation en matériau particulaire s'effectue au niveau de la première extrémité (24) du caisson (12) au moyen d'un dispositif d'alimentation (non représenté), tandis que l'évacuation du matériau se situe au niveau de la deuxième extrémité (25) du caisson (12). Ce crible est long d'environ L=7,5m pour une hauteur d'environ h=1,7m. Ce dispositif vibrant comprend une surface criblante supérieure (14) superposée à une surface criblante inférieure (15), et est doté d'un système vibratoire composé de deux lignes d'arbre balourde (16, 17) traversant transversalement le caisson (12). Ces lignes d'arbre (16, 17) sont disposées symétriquement et à égale distance de part et d'autre du centre de gravité (CdG) du caisson (12) passant par l'axe transversal (X). Elles sont espacées d'un entraxe E d'environ 3m entre leurs axes de rotation. Ces deux lignes d'arbre (16, 17) tournent en sens contraire comme cela est indiqué par les flèches, sont disposées sur un même plan (P) contenant l'axe transversal (X) passant par le centre de gravité (CdG). Ce plan (P) est incliné par rapport à l'horizontale d'un angle y d'environ 8,8° et se situe au voisinage d'une diagonale du caisson (12) et permet ainsi de répartir les contraintes engendrées par les arbres balourdés (16, 17) sur quasiment toute la longueur du caisson (12). La ligne d'action, représentée par une double flèche, des vibrations engendrées dans le caisson (12) par ces arbres balourdés (16, 17) en rotation, passe par le centre de gravité (CdG) du caisson (12) et est inclinée par rapport à l'horizontale d'un angle a d'environ 81,2°. L'angle y d'inclinaison du plan (P) de contrainte équivaut à a/2 - a. La figure 3 représente un autre exemple de crible selon l'invention. Il s'agit d'un crible horizontal. Cette figure 3 contient les mêmes références numériques que celles utilisées dans la figure 2. Hormis le fait que le crible soit horizontal, la différence par rapport au crible incliné est la position des lignes d'arbre (16, 17). La ligne d'arbre (16) et la ligne d'arbre (17) dépassent respectivement de la partie supérieure (26) et de la partie inférieure (27) du caisson (12), de manière à libérer l'espace entre les surfaces criblantes (14, 15) pour faciliter leur accès lors des opérations de maintenance. Les deux lignes d'arbre sont espacées d'un entraxe E d'environ 3,5m. De plus, un espace libre d'une distance d comprise entre 250 et 350 mm est prévue entre le tube-entretoise de la ligne d'arbre (16) et la surface 10 criblante supérieure (14), pour que les matériaux particulaires aient suffisamment d'espace pour être projetés. Les angles a et y sont définis de la même manière que pour la figure 2, et valent respectivement 55° et 35° environ. Les figures 4 et 5 montrent un crible horizontal en perspective. Sur ces 15 vues, il est bien visible que le plan (P) de répartition des contraintes est renforcé mécaniquement par une structure (20) principale prévue des deux côtés latéraux du caisson (12) et reliant, de chaque côté latéral, les deux lignes d'arbre (16, 17). Cette structure (20) principale consiste en un profilé en forme de U boulonné au caisson (12). 20 Trois autres structures secondaires (21, 22, 23) sont prévues pour renforcer mécaniquement les deux côtés latéraux du caisson (12). Pour chaque côté latéral, elles consistent également en un profilé en forme de U boulonné au caisson (12), et elles sont orientées perpendiculairement à la structure (20) principale et au plan (P). 25 La première structure secondaire (21) relie la ligne d'arbre (16) dépassant de la partie supérieure (26) du caisson (12) à un piètement renforcé (28) du caisson (12) localisé au niveau d'une première extrémité (24) du caisson (12). La seconde structure secondaire (22) relie la partie supérieure (26) du caisson (12) à la partie inférieure (27) du caisson (12) tout en croisant l'axe transversal (X), et se situe donc à mi-chemin entre les deux arbres (16, 17). Enfin, la troisième structure secondaire (23) relie la ligne d'arbre (17) dépassant de la partie inférieure (27) du caisson (12) à un piètement renforcé (29) du caisson (12) localisé au niveau de la seconde extrémité (25) du caisson (12). Conformément aux figures 3 à 5, ce caisson (12) est monté à l'horizontale sur un châssis-support (11) au moyen de ressorts (13) disposés sous les piètements renforcés (28, 29) du caisson (12). Ces ressorts (13) permettent de filtrer les mouvements vibratoires du caisson (12). Conformément à la figure 6, chaque ligne d'arbre (16, 17) est entraînée par un moteur (31, 32) et des cardans (33, 34). Les balourds (35) sont localisés aux deux extrémités des lignes d'arbre (16, 17). La mise en route des moteurs (31, 32) entraîne la mise en rotation des arbres (16, 17) balourdés qui font vibrer le caisson (12) de manière linéaire par synchronisation naturelle des deux arbres balourdés (16, 17) tournant en sens inverse. Les efforts transversaux s'annulent tandis que les efforts longitudinaux s'additionnent. Les configurations montrées aux figures ne sont que des exemples possibles, nullement limitatifs, de l'invention qui englobe au contraire les variantes de formes et de conceptions à la portée de l'homme de l'art, et les valeurs des différents paramètres cités précédemment. REVENDICATIONS1. Dispositif vibrant du type crible pour tamiser un matériau particulaire, comprenant : - un caisson (12) horizontal ou incliné, monté mobile par rapport à un plan fixe horizontal et ayant au moins une surface criblante (14, 15) présentant une extrémité d'alimentation (24) du matériau et une extrémité d'évacuation (25) du matériau ; - deux lignes d'arbre balourde (16, 17) commandées chacune par un moteur (31, 32) indépendant, tournant en sens inverse de manière synchronisée et imprimant un mouvement vibratoire au caisson (12) engendrant des contraintes dans le caisson (12), caractérisé en ce que ces deux lignes d'arbre (16, 17) : - sont disposées symétriquement à égale distance de part et d'autre du centre de gravité (CdG) du caisson (12) et espacées d'un entraxe E d'au moins 3m entre leurs axes de rotation ; - appartiennent à un même plan (P) de répartition des contraintes passant par le centre de gravité (CdG) du caisson (12) et incliné d'un angle y par rapport à l'horizontale ; - possèdent des balourds de masse égale tournant en opposition ; en ce que le mouvement vibratoire imprimé au caisson (12) est d'allure linéaire, d'un angle a par rapport à l'horizontale, et représente une accélération verticale Kv d'au moins 6G ; et en ce que la synchronisation entre les mouvements rotatoires des arbres balourdes (16, 17) en fonctionnement est réalisée de manière naturelle. 2. Dispositif vibrant selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la résultante des vibrations créées par les deux lignes d'arbre passe par le centre de gravité (CdG) du caisson (12). 3. Dispositif vibrant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'angle y équivaut à a/2 - a. 4. Dispositif vibrant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'angle a est compris entre 55° et 60° pour un caisson (12) vibrant horizontal, et entre 80° et 82° pour un caisson (12) vibrant incliné. 5. Dispositif vibrant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'accélération verticale Kv est définie de la manière suivante : Kv = K sin(a+(3) / cos((3), où : - p correspond à la pente du caisson (12) par rapport à l'horizontale ; - K = A N2 / 89456 et correspond à l'accélération mécanique générale du caisson (12) : o N correspondant à la vitesse de rotation des arbres (16, 17) ; o A correspondant à l'amplitude du mouvement alternatif des arbres (16, 17). Dispositif vibrant selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, pour un caisson (12) du type incliné où (3 0, l'angle a est défini de la manière suivante : a = arccos (cos((3) / K). Dispositif vibrant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour un caisson (12) du type horizontal, l'une (16) des deux lignes d'arbre (16, 17) dépasse de la partie supérieure (26) du caisson (12) tandis que l'autre ligne d'arbre (17) dépasse de la partie inférieure (27) du caisson (12). Dispositif vibrant selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'un espace libre d'une distance d comprise entre 250mm et 350mm est prévue entre la ligne d'arbre (16) supérieure et la surface criblante supérieure (14) du caisson (12). Dispositif vibrant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le caisson (12) présente un renfort mécanique principal (20) au niveau du plan (P) de répartition des contraintes. Dispositif vibrant selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit renfort mécanique principal (20) consiste en un profilé 15 6. 7 20 8. 25 9. 30 10.en forme de U boulonné au caisson (12) et reliant, de chaque côté latéral du caisson (12), les deux lignes d'arbres (16, 17). 11. Dispositif vibrant selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que le caisson (12) présente des renforts mécaniques supplémentaires (21, 22, 23) au niveau de trois plans passant respectivement par le premier arbre balourdé (16), le centre de gravité (CdG), et le second arbre balourdé (17), ces trois plans étant perpendiculaires au plan (P) de répartition des contraintes. 12. Dispositif vibrant selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdits renforts mécaniques supplémentaires (21, 22, 23) consistent, pour chaque côté latéral du caisson (12), en des profilés en forme de U boulonnés au caisson (12) et orientés perpendiculairement audit renfort mécanique principal (20).15