Brevet FR3014154A1 — publié le 20150605

Arbre à balourd, système de vibration et dispositif de tamisage Domaine technique de l'invention L'invention est relative à un arbre à balourd, à un système de vibration comportant un tel arbre et à un dispositif de tamisage comportant un tel système de vibration. L'invention est également relative à un procédé d'amélioration d'un système de vibration. État de la technique Pour séparer un milieu granuleux, il est connu de placer une charge de matériau au dessus d'un tamis et de faire vibrer l'ensemble pour qu'une partie de la charge passe au travers du tamis tandis que l'autre partie est bloquée. Afin de réaliser un tamisage industriel, il existe des équipements qui comportent un ou plusieurs tamis montés en série. La charge de matériau à tamiser est placée sur le tamis supérieur et l'ensemble se met à vibrer pour éviter que le tamis ne soit obstrué par les particules les plus volumineuses. 25 On constate que l'efficacité du dispositif de tamisage est principalement liée à la qualité du système de vibration qui fait vibrer les tamis et la charge qu'ils supportent. Un travail important est donc réalisé sur la trajectoire parcourue par le tamis durant sa vibration. La trajectoire du tamis est notamment 30 configurée pour éviter que la charge se concentre sur une zone particulière du tamis ce qui provoquerait le colmatage de cette zone. 20 De manière classique, un dispositif de tamisage est configuré de manière que les tamis puissent être remplacés afin corriger une éventuelle défaillance ou pour travailler avec des charges ayant des granulométries différentes. Une modification de la granulométrie se traduit par une modification de la masse des particules à trier. Si la masse augmente, il est préférable d'augmenter l'énergie des vibrations pour que les plus grosses particules se détachent du tamis et autoriser le passage des plus petites particules. Si l'énergie est insuffisante, il y a un risque que les plus grosses particules lo restent fixées au tamis qui ne réalise plus sa fonction première. Dans le cas inverse, si la masse moyenne des particules diminue, il est préférable de réduire l'énergie des vibrations afin d'éviter que les particules soient projetées trop loin du tamis ce qui augmente le temps de vol des 15 particules et diminue l'efficacité du tamisage. Comme indiqué précédemment, les vibrations du tamis sont générées à partir d'un système de vibration. On constate donc qu'il est nécessaire de dimensionner le système de vibration en fonction des dimensions du tamis et 20 de la fenêtre de fonctionnement recherchée. La puissance développée par le système de vibration définit la masse de l'élément vibrant sur lequel est fixé le tamis et donc la dimension du tamis. Pour obtenir la vibration du tamis, une réalisation éprouvée consiste à utiliser 25 un arbre à balourd qui est mis en rotation au moyen d'un moteur. La rotation de l'arbre à balourd entraine la génération d'un effort de vibration qui est utilisé pour faire vibrer le tamis. 30 Objet de l'invention On constate qu'il existe un besoin de prévoir un arbre à balourd qui permet de générer des efforts de vibration plus importants tout en conservant la même compacité. On tend à combler ce besoin au moyen d'un arbre qui comporte : un corps muni de deux extrémités opposées et configuré pour définir un axe d'autorotation de l'arbre, au moins une zone excentrique configurée pour décaler le centre de gravité de l'arbre hors de l'axe d'autorotation, un volume creux rempli par un matériau moins dense, le volume creux étant disposé de manière opposée à la zone excentrique par rapport à l'axe d'autorotation. On constate qu'il existe un besoin de prévoir un système de vibration qui permet d'atteindre des fenêtres de fonctionnement plus importantes tout en conservant la même compacité. On tend à combler ce besoin au moyen d'un système de vibration qui comporte : un arbre vibrateur tel que défini précédemment, - un moteur couplé à l'arbre vibrateur pour provoquer l'autorotation. On constate qu'il existe un besoin de prévoir un dispositif de tamisage qui permet d'atteindre d'augmenter la surface de tamisage tout en conservant la même compacité du système de vibration. On tend à combler ce besoin au moyen d'un système de vibration qui comporte : - un système de vibration tel que défini précédemment et - un tamis couplé mécaniquement au système de vibration. On constate qu'il existe un besoin de procédé d'amélioration d'un système de vibration déjà en activité. On tend à combler ce besoin au moyen d'un procédé qui comporte : fournir le système de vibration comportant un arbre vibrateur usagé démonter l'arbre vibrateur usagé et remonter un arbre vibrateur tel que défini précédemment. io Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés au dessin annexé, 15 dans lequel : la figure 1 représente, de manière schématique, un arbre à balourd en vue de coté, la figure 2 représente de manière schématique, un arbre à balourd en vue 20 de coupe, la figure 3 représente de manière schématique, un dispositif de tamisage. Description de modes de réalisation préférentiels de l'invention 25 L'arbre vibrateur 1 comporte un corps délimité par deux extrémités opposées. Le corps avec ces deux extrémités opposées est configuré pour permettre l'autorotation de l'arbre 1, c'est-à-dire une rotation de l'arbre sur lui-même. Ainsi, l'arbre vibrateur 1 est configuré pour présenter un axe 30 d'autorotation. L'axe d'autorotation peut être défini par la forme des deux extrémités opposées ou par la forme d'autres parties de l'arbre 1. Dans l'exemple illustré, l'arbre vibrateur 1 présente une forme sensiblement cylindrique bien qu'il soit dépourvu d'axe de symétrique. L'arbre pourrait avoir d'autres formes, par exemple des sections carrés ou rectangulaires. Cependant, il est avantageux d'avoir des sections circulaires car cela permet d'avoir la meilleure compacité pour un effort de vibration donné. L'arbre vibrateur 1 est un arbre à balourd, c'est-à-dire un arbre qui présente un ou plusieurs excentriques dont les positions sont volontairement configurées pour que le barycentre de l'arbre 1 soit décalé de l'axe d'autorotation. Alors que dans les arbres utilisés communément, on recherche un balourd minimal voire nul, dans le cas présent un recherche un balourd le plus important possible. La rotation de l'arbre à balourd entraine la génération d'une vibration. Plus le balourd est important, plus l'énergie vibratoire est importante. L'énergie vibratoire augmente également lorsque la vitesse de rotation augmente. L'arbre vibrateur 1 comporte donc au moins une zone excentrique 2, c'est-à- dire une zone en saillie du reste du corps et dont la masse engendre un déplacement du barycentre hors de l'axe d'autorotation. Dans un mode de réalisation particulier, la zone excentrique 2 est réalisée par un surplus de matière qui est disposé seulement sur un secteur angulaire de l'arbre. A titre d'exemple, le surplus de matière est disposé sur la moitié du périmètre de l'arbre, dans une coupe selon un plan perpendiculaire à l'axe d'autorotation. Cette répartition inhomogène de matière peut être observée simplement par un surplus de matière sur la moitié de l'arbre 1 si l'on découpe artificiellement ce dernier par rapport à un diamètre passant par l'axe d'autorotation. Dans une autre configuration illustrée à la figure 1, le surplus de matière peut faire le tour complet de l'arbre 1 mais les masses ne sont pas uniformément réparties afin d'assurer un décalage du barycentre par rapport à l'axe de rotation. Dans un exemple de réalisation particulièrement avantageux, les extrémités opposées sont formées par deux cylindres circulaires ayant le même diamètre ou sensiblement le même diamètre. Les deux extrémités partagent le même axe de définition du cylindre qui est également l'axe d'autorotation. Les zones excentriques sont formées par des ajouts de matière ayant également une forme circulaire (des cylindres circulaires) et dont le centre est décalé de l'axe d'autorotation pour décaler le barycentre. De manière avantageuse, les centres des différents ajouts de matière sont disposés selon un même plan qui passe par l'axe d'autorotation afin d'obtenir un balourd maximal. Cette configuration comportant plusieurs cylindres circulaires est particulièrement avantageuse car elle permet d'obtenir un balourd important tout en restant très compacte. De manière avantageuse, l'arbre vibrateur 1 est monobloc c'est-à-dire que la zone excentrique 2 est réalisée dans le même matériau que le reste du corps et qu'ils forment préférentiellement un tout indémontable. Dans ces conditions, l'arbre vibrateur 1 présente une meilleure tenue dans le temps. L'arbre vibrateur 1 peut être obtenu par différentes techniques, par exemple par moulage et/ou par usinage. Pour obtenir l'effort de vibration recherché, il est possible de dimensionner l'arbre vibrateur en conséquence. La modulation de l'effort de vibration est obtenue en modulant la longueur de l'arbre 1 et/ou le diamètre de l'arbre 1 et/ou le décalage du barycentre par rapport à l'axe d'autorotation. Il a été observé que pour une géométrie donnée d'arbre vibrateur 1, la réalisation d'une zone creuse 3 dans le corps permet d'accroitre les performances de l'arbre en augmentant les efforts de vibration accessibles. Par ailleurs, des essais ont montré que la réalisation d'un trou 3 traversant ayant un diamètre compris entre un tiers et la moitié du diamètre de la zone de support 4 permet d'obtenir des gains en efforts de vibration d'au moins 25% supérieur à un arbre plein sans fragiliser l'arbre. La zone de support 4 est la partie de l'arbre 1 qui réalise le support durant la rotation. Avantageusement, l'arbre comporte deux zones de support 4. Afin d'augmenter les efforts de vibration accessibles, le ou les trous 3 formés dans l'arbre 1 sont disposés de manière à accroitre la distance entre le barycentre et l'axe de rotation de la même manière que ce qui est obtenu en utilisant la ou les zones excentriques 2. Dans un mode de réalisation particulier, il est avantageux de localiser la zone creuse 3 dans la partie du corps qui est opposée à l'excentrique. En d'autres termes, si le corps est divisé en deux par un plan qui passe par l'axe d'autorotation, il est avantageux qu'une première moitié contienne l'excentrique 2 ou la majeure partie de la masse ajoutée par l'excentrique 2 alors que l'autre moitié comporte la zone creuse 3. Dans une configuration particulièrement avantageuse, l'arbre vibrateur 1 comporte un axe de symétrie concernant l'excentrique 2 et la zone creuse 3 ce qui permet de s'assurer que les deux effets sur le barycentre sont maximum car ils s'ajoutent. Une telle configuration permet de former un arbre compact autorisant l'obtention d'efforts de vibration importants.30 Dans une variante de réalisation, le volume creux 3 fait face à la zone excentrique 2 dans un plan de coupe perpendiculaire à l'axe d'autorotation afin d'accroître les efforts de vibration accessibles. Dans une configuration, deux trous 3 débouchant sont réalisés depuis chaque extrémité. Dans autre configuration particulière, la zone creuse 3 de l'arbre est un trou traversant qui s'étend depuis une extrémité jusqu'à l'extrémité opposée. Il a été observé de manière inattendue que la réalisation d'un trou à l'intérieur de l'arbre vibrateur 1 ne fragilise pas l'arbre. Les inventeurs pensent que la réduction de la masse de l'arbre 1 compense la fragilisation attendue à cause de la zone creuse 3. Le trou 3 dans l'arbre 1 est également avantageusement rempli par un matériau de protection. Ce matériau de protection permet d'empêcher l'introduction de poussières ou d'autres éléments pouvant dégrader l'intégrité de l'arbre vibrateur 1. A titre d'exemple, la zone creuse 3 peut être remplie par une mousse ou par un gaz neutre. Il est particulièrement dommageable que la zone creuse 3 serve de logement à une pièce mobile qui se déplace lors de la rotation de l'arbre 1. Il est également dommageable que la zone creuse 3 retienne un liquide pouvant engendrer un début de corrosion de l'arbre 1. Comme la zone creuse 1 n'est pas facilement observable, il est difficile de détecter un début de corrosion depuis l'intérieur de l'arbre 1. Le matériau servant au remplissage de la zone creuse 3 est avantageusement un matériau ayant une densité inférieure à la densité du ou des matériaux formant le reste de l'arbre vibrateur 1. Dans le cas où l'arbre vibrateur 1 est en métal, il est avantageux d'utiliser une mousse polymère pour remplir la zone creuse 3. Cependant, il est également possible de remplir la zone creuse 3 par un matériau ayant la même densité que le reste du corps afin de former un arbre 1 selon l'art antérieur. La zone creuse peut alors servir de logement à un élément d'ajustement dont la masse va déplacer la position du barycentre par rapport à l'axe de rotation. Cette particularité peut être utilisée pour obtenir un levier d'ajustement supplémentaire par rapport à un système de vibration. Il est également envisageable d'utiliser cette spécificité pour ajuster différents points de fonctionnement d'un dispositif de tamisage en tenant compte des différences de comportement entre les tamis. Un tel arbre vibrateur 1 est avantageusement utilisé dans un système de vibration 5. Le système de vibration 5 comporte un ou plusieurs arbres vibrateurs 1. L'arbre vibrateur 1 est couplé mécaniquement à un moteur 6 qui entraine l'arbre 1 en rotation autour de son axe d'autorotation. Le couplage mécanique peut être réalisé par tout moyen adapté, par exemple au moyen d'une chaine ou d'une courroie. Il est également possible d'utiliser un dispositif à rapport de transmission variable entre le moteur et l'arbre vibrateur 1 pour moduler la vitesse de rotation de l'arbre vibrateur 1. L'arbre vibrateur 1 est posé sur un support au moyen d'une ou plusieurs zones de support 4. L'utilisation d'un tel arbre vibrateur 1 dans un système de vibration 5 permet de générer un effort de vibration plus important sans augmenter la taille de l'arbre 1 et sans augmenter la puissance du moteur associé. On constate qu'il est également possible d'augmenter les performances d'un système de vibration 5 déjà installé en remplaçant simplement l'arbre vibrateur plein de l'art antérieur par un nouvel arbre avec sa zone creuse. Cette configuration est particulièrement avantageuse, lorsqu'une machine déjà en fonctionnement se trouve en limite de capacité et que l'utilisation d'un nouvel arbre permet une gamme de fonctionnement plus étendue. L'amélioration d'un système de vibration 5 peut se réaliser simplement de la manière suivante en démontant l'arbre existant initialement et en le remplaçant par l'arbre creux 1 décrit plus haut. De manière particulièrement avantageuse, les extrémités de l'arbre vibrateur 1 sont agencées pour autoriser la fixation de masses supplémentaires. Ces masses supplémentaires viennent se fixer sur l'arbre 1 et sont configurées pour accroitre le balourd de l'arbre vibrateur 1. Comme pour l'excentrique 2, les masses supplémentaires ne sont pas uniformément réparties autour de l'axe d'autorotation. La modification de la masse de l'arbre permet de moduler l'énergie de vibration accessible. Alors que l'ajout des masses supplémentaires est réalisé sur les extrémités de l'arbre vibrateur, la zone creuse 3 permet d'avoir une modification de la masse de l'arbre dans une portion plus centrale et donc plus efficace. Dans un mode de réalisation préférentiel, les organes de fixation des masses supplémentaires avec l'arbre vibrateur 1 sont configurés pour obstruer l'entrée de la zone creuse 3. De manière également avantageuse, les extrémités de l'arbre vibrateur 1 sont configurées pour permettre l'accouplement au moteur par tout moyen adapté. Si l'extrémité de l'arbre vibrateur 1 est utilisée pour fixer des masses supplémentaires, il est avantageux d'utiliser une partie plus centrale de l'arbre 1 pour assurer le support de l'arbre 1 dans le système de vibration 5. La zone de support 4 est alors placée entre la zone excentrique 2 et l'extrémité. De manière avantageuse, l'axe d'autorotation est défini au moyen de deux zones support 4 séparées par la zone excentrique 2. Il est également avantageux d'utiliser un tel système de vibration 5 dans un dispositif de tamisage 7. Le dispositif de tamisage 7 comporte un tamis 8 qui est mis en vibration au moyen du système de vibration. Le tamis 8 comporte le tapis 9 ajouré et le support sur lequel le tapis est fixé. Selon les procédés utilisés, le tapis 9 peut être un tissus ou un matériau plus rigide percé de trous calibrés. Le remplacement d'un arbre plein selon l'art antérieur par un arbre comportant une zone creuse permet, par exemple, d'intégrer le système de vibration dans un dispositif plus grand où un effort de vibration plus important est recherché. Alors que dans l'art antérieur, l'homme du métier aurait utilisé un système de vibration de plus grande dimension utilisant des arbres plus importants, il est ici possible d'utiliser un système plus compact. REVENDICATIONS1. Arbre à balourd (1) comportant: un corps muni de deux extrémités opposées et configuré pour définir un axe d'autorotation de l'arbre (1), au moins une zone excentrique (2) configurée pour décaler le centre de gravité de l'arbre hors de l'axe d'autorotation, un volume creux (3) rempli par un matériau moins dense, le volume creux (3) étant disposé de manière opposée à la zone excentrique (2) par rapport à l'axe d'autorotation. 2. Arbre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume creux (3) fait face à la zone excentrique (2) dans un plan de coupe perpendiculaire à l'axe d'autorotation. 3. Arbre selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le volume creux (3) est un trou traversant depuis la première extrémité jusqu'à la deuxième extrémité opposée. 4. Arbre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le corps et la au moins une zone excentrique (2) sont monoblocs. 5. Arbre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la zone excentrique (2) est un cylindre circulaire. 6. Arbre selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'axe d'autorotation est défini au moyen de deux zones support (4) séparées par la zone excentrique (2). 7. Système de vibration (5) caractérisé en ce qu'il comporte :un arbre à balourd (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, un moteur couplé à l'arbre à balourd (1) pour provoquer l'autorotation. 8. Dispositif tamiseur (7) caractérisé en ce qu'il comporte : - un système de vibration (5) selon la revendication 7 et - un tamis couplé mécaniquement au système de vibration (5). 9. Procédé d'amélioration d'un système de vibration (5) caractérisé en ce qu'il comporte : fournir le système de vibration (5) comportant un arbre à balourd usagé plein démonter l'arbre à balourd usagé plein et remonter un arbre à balourd (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.