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MACHINE DE SCIAGE D'UN MATERIAU PIERREUX.
La présente invention est relative a une machine de sciage d'un materiau pierreux comprenant un cadre portelame sur lequel est étirée et encastrée au moins une lame d'armure capable d'un mouvement linéaire alternatif combiné a un mouvement d'avancement dans un sillon de sciage et une table oscillante propre à supporter un bloc de matériau pierreux et à effectuer alternativement à chacune de ses extrémités un mouvement d'oscillation dans un plan vertical.
Elle trouve sa principale application dans l'industrie de la pierre, notamment pour le débitage de roches dures telles que granits, diorites, porphyres, etc...
On connalt la demande de brevet allemand n 3 413 970, un procédé pour des blocs de matériau pierreux ou dur ainsi qu'une machine de sciage pour mettre en oeuvre ledit procédé.
Dans cette machine la lame d'armure effectue un mouvement linéaire alternatif. On a observé dans cette machine, de façon plus marquée que dans les machines de
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débitersciage connues, que l'usure des segments est plus accentuée au milieu de la lame qu'au voisinage des extrémités, quelle que soit la forme de la lame.
L'usure prématurée des segments abrasifs médians, s'explique par le fait que tous les segments travaillent par intermittence puisqu'ils sont animés d'un mouvement linéaire alternatif alors que le materiau pierreux subit un mouvement de basculement periodique selon une fonction sinusoidale, de sorte que les segments ou dents de sciage situés au voisinage du milieu du bord longitudinal ne restent que durant un intervalle de temps assez bref en contact avec le materiau pierreux.
Ils doivent donc scier le matériau pierreux plus rapidement que les segments d'extrémité de la lame de scie.
On peut estimer que le débit de sciage instantané est de 2 à 2, 5 fois plus important au milieu du bloc, qu'aux extrémités de celui-ci.
Pour remédier à cette usure plus rapide, on répartit les segments de sciage de la façon non homogène suivante : - forte concentration ou grand nombre de segments de sciage dans le milieu du bord longitudinal de la lame, et - faible concentration de segments de sciage aux extrémités du bord longitudinal de la lame.
Un second inconvénient des machines connues réside dans le fait qu'outre les phénomènes d'usure non uniformes de la lame d'armure, on observe dans les machines connues, grâce aux mesures de forces à l'aide de capteurs de pression, des pointes de pression importantes durant le sciage. Ces pointes de pression
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indiquent que les segments fixés aux extrémités de la lame travaillent differemment de ceux fixés au milieu de la lame. Elles résultent de la mise en légère flèche de la lame.
Ces pointes de pression verticale entraînent immanquablement des vibrations, des torsions et des déviations de la lame.
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La présente invention vise à remédier aux inconvénients des dispositifs de sciage et de débitage connus pour matériau pierreux et notamment d'éviter une usure trop rapide de certains segments de la lame et une déviation trop prononcée de celle-ci lors du sciage.
Dans ce but, l'invention propose une machine de sciage d'un matériau pierreux comprenant un cadre portelame sur lequel est étirée et encastrée au moins une lame d'armure capable d'un mouvement linéaire
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alternatif combiné à un mouvement d'avancement dans un sillon de sciage et une table oscillante propre à supporter un bloc de matériau pierreux et à effectuer à chacune de ses extrémités un mouvement d'oscillation dans un plan vertical, essentiellement caractérisé en ce qu'elle comporte un dispositif de coordination du mouvement de basculement de la table oscillante avec le mouvement alternatif de translation de la lame.
Suivant une particularité de l'invention, la table oscillante est entrainee par un dispositif de commande et de synchronisation comportant un réducteur et un servomoteur à courant continu piloté par un automate programmable ou par circuit à relais.
Dans une forme de realisation particulière, le servomoteur a courant continu piloté par un automate programmable est connecte en boucle fermée avec une
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dynamo tachymetrique.
L'invention concerne également un procédé de sciage d'un matériau pierreux à l'aide de la machine décrite ci-dessus. Ce procédé est essentiellement caractérisé en ce ou'on sychronise le mouvement de basculement de la table oscillante et le mouvement alternatif de translation de la. lame de manière a niveler les efforts de sciage des divers segments de coupe en contact sur le matériau pierreux, en ajustant Ja fréquence de basculement de la table à la fréguence de battement de la lame de manière à former entre elles un rapport entier et impair.
Suivant une particularité de l'invention, on prévoit aue le rapport entre le nombre d'oscillations de la lame d'armure et le nombre d'oscillations de la table oscillante par unité de temps, soit egal a 3,5 ou 7. Dans un mode de réalisation particulier, on realise la synchronisation de la table oscillante et de la lame d'armure par tout moyen d'accouplement électriaue ou mécanique.
Le réglage de la vitesse de basculement de la table oscillante au cours du cycle d'oscillation permet d'avoir un débit de sciage instantané constant sur toutes les zones de la lame.
L'invention offre régalement l'avantage d'obtenir une surface de sciage présentant un meilleur fini, d'assurer une usure homogène des segments abrasifs le long de la lame et de permettre une distribution uniforme des dents le long de la lame, notamment lorsoue l'invention est utilisée en combinaison avec la mise en oeuvre de moyens gui confèrent une certaine élasticité
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aux segments de sciage tels aue décrits dans la demande de brevet belge no 0/171481.
Ces particularités et details de l'invention, ainsi gue d'autres, apparaitront au cours de la description détaillée suivante faisant référence aux dessins ciannexes illustrant a titre d'exemple une forme de réalisation particuliere de l'invention.
Dans ces dessins : - la figure 1 est une vue en elevation laterale d'une machine de sciage selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en plan de la machine illustrée 6 la figure 1 ; - les figures 3 à 5 illustrent pour une position déterminée de l'arc de contact et différentes positions relatives de la lame d'armure, les diverses déformées de la lame ; - les figures 6 à 11 illustrent par d'autres positions intermédiaires de l'arc de contact, l'influence des positions relatives de la lame d'armure sur les déformées de la lame ; - les figures 12 à 14 sont des figures analogues aux figures 3 si 5 ;
- la figure 15 montre le schéma de principe de la regulation de vitesse du dispositif de commande et de synchronisation selon l'invention ;
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- la figure 16 montre le schéma de principe du programme mis en oeuvre par le dispositif de synchronisation ; - la figure 17 montre le schéma de fonctionnement du dispositif de commande et de synchronisation selon l'invention ; - la figure 18 représente la courbe de profil de la vitesse dc la table oscillante ; - les figures 19 et 20 illustrent les graphiques de synchronisation lorsque les fréquences de battement de la lame et de basculement du bloc de materiau pierreux se trouvent dans un rapport 3.
Dans ces figures, les memes notations de reference désignent des éléments identigues ou analogues.
Une machine de sciagc selon l'invention est illustree a la figure 1. Cette machine, désignée dans son ensemble par le signe reference 1, comprend une armure classigue constituée d'un cadre rectangulaire 2, animée par une bielle 3 d'un mouvement linéaire alternatif horizontal sous l'action d'un moteur electrique 4 et d'un mouvement descendant sous l'action de la rotation de tige filetée et une table oscillante 5, entrainée en mouvement de basculement par un dispositif de commande et de synchronisation 6. La table oscillante 5 porte un bloc de matériau pierreux 8.
Le cadre d'armure rectangulaire 2, est muni d'une lame
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de scie 7 découpée selon un profil bien rectangulaire garni de segments de coupe 9. La lame est montée tendue et avec une excentration lui conférant une "contre- flache"10.
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Les graphiques 3 à 15 illustrent pour différentes positions relatives de la lame et de l'arc de contact 11, les differentes deformees de la lame sous des efforts théoriques constants de sciage. La fréquence de basculement de la table 5 et donc du bloc est choisie bien inférieure â la fréquence de battement des lames.
On remarque dans ces graphiques que la lame de sciage fléchit aisement pour s'adapter à la trajectoire de sciage, lorsqu'elle est sollicitée en son milieu.
On en déduit notamment que la flexibilite de la lame 7 diminue au fur et à mesure que l'arc de contact 11 se rapproche d'un tirant 12 dans lequel la lame est encastree.
Les déformées 13 de la lame au niveau de l'arc de contact 11 présentent dans les figures 5 à 10 et 14, une courbe assez plate qui peut épouser parfaitement l'arc de contact 11 avec le bloc de matériaux pierreux 8 à cet endroit. La faible courbure s'explique par le fait que l'arc de contact 11 se situe au milieu du bord longitudinal de la lame 7, là OÙ la flexibilité de celle-ci est la plus élevée. Par contre, dès que la table oscillante 5 se trouve à une position extrême gauche comme illustré aux fig. 3 a 5, ou à une position extrême droite comme montre aux fig. 12 à 14, certaines configurations se montrent particulièrement critiques, en particulier les fig. 3 et 12.
Ces deux configurations theoriques presentent deux déformées de la lame, au droit de l'arc de contact 11 avec le bloc de materiau pierreux, incompatibles avec la courbe réelle de sciage sur la pierre, puisque la courbe réelle de sciage présente une courbe légèrement convexe, alors que les fig. 3 et 12 indiquent des courbes théoriques légèrement concaves pour la zone de la lame 7 en contact avec le bloc de matériau pierreux 8. L'orientation opposée des
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déformées théoriques et des courbes reelles de sciage au voisinage des positions extrêmes s'explique par le fait qutà ces endroits, la charge de sciage s'applique très près de l'extrémité semi-encastrée-et donc rigide-de la lame.
De fait, les résultats de mesure des forces de sciage indiquent des pointes de pression-jusque 200 % de la valeur moyenne-a ces instants, ces pointes de pression indiquent donc des sollicitations anormales de la lame qui se met a vibrer, se tordre et dévier.
Le principe du dispositif décrit dans l'invention consiste a prévoir des moyens pour prévenir les configurations critiques dans lesquelles la déformée de la lame et la courbe de sciage présentent une courbure de sens opposé, lors du basculement du bloc de matériau pierreux 8.
La solution préconisée selon l'invention consiste à synchroniser le mouvement du bloc avec celui de la lame, de manière à ce qu'une position extreme gauche respectivement droite de la table oscillante corresponde à un point mort gauche respectivement droit de la lame : ceci ne peut se faire que pour un rapport entier et impair entre la frequence des battements de la lame 7 et la fréquence de basculement de la table oscillante 5.
Les fréquences de battement de la lame étant habituellement de l'ordre de 60 à 120 coups/min, il est hors de question, pour des raisons évidentes d'inertie, d'avoir une fréquence de basculement de bloc 8 de cet ordre. 11 reste donc un rapport 3,5, 7, le rapport 1 etant exclu dans la pratique.
Comme l'usure n'est pas repartie uniformément sur la lame 7 car les segments disposes au voisinage du milieu du bord longitudinal doivent couper le materiau
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pierreux en un temps beaucoup plus court que les segments des extrémités et selon une particularité de l'invention, on permet aux segments medians de rester plus longtemps en contact avec la pierre pour couper celle-ci et on corrige les variations d'usure importantes le long de la lame en faisant varier la vitesse de basculement de la table, tout en gardant la synchronisation.
Selon l'invention, on regle la vitesse du mouvement linéaire de la lame d'usure en fonction du cycle de basculement de la table, en vue d'uniformiser l'usure des segments et en même temps, on effectue la synchronisation des mouvements de la lame et de la table, afin de réduire les pointes de pression dont on sait qu'elles engendrent les déviations.
L'invention consiste à prévoir une vitesse maximale de la manivelle entraînant la table chaque fois que la table occupe une position extrême et à prévoir une vitesse minimale quand la table est horizontale.
Dans ce but, le dispositif de commande 6 de la table oscillante 5 comporte un réducteur 16 et un servomoteur à courant continu 17 piloté par un automate programmable 18 qui gere les informations E, F, G et H fournies respectivement par des capteurs 19,20, 21 et 22 et qui donne une consigne de vitesse Vt de table au circuit de commande du moteur de la table.
Le principe de la regulation est schématisé à la fig. 15 : le servomoteur à courant continu 17, qui entraîne la table oscillante 5, est piloté par un circuit de commande 14 et mis en boucle fermée avec une dynamo tachymétrique 23. Le circuit de commande est lui-
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meme piloté par l'automate programmable 18 ou séquenceur câblé, afin de modifier la vitesse de basculement de la table 5 pour sychroniser le mouvement de basculement de cette table 5 avec le mouvement rectiligne alternatif de la lame d'armure 7.
Les auatre capteurs 19 à 22 donnant les informations E, P, G, H sont répartis sur la table oscillante de la manière suivante : - capteur inductif de position 19 sur la table oscillante afin de déterminer lors du flanc montant, le moment exact E où la table occupe la position extrême gauche (Figure 17d) ; E vaut 1 quand la table occupe la position extrême gauche ; - capteur inductif de position 20 sur le cadre supportant les lames afin de determiner le moment exact F du point mort gauche de la lame ;
F vaut 1 auand la lame occupe la position extreme gauche ; - capteur inductif de position 21 pour determiner l'instant G ou la table 5 est horizontale (Figure 17c) ; G est une grandeur cyclique qui vaut 1 auand la table est horizontale ; - un codeur optique 22 de 50 impulsions par tour monté sur la manivelle de commande 24 de la table oscillante, afin de determiner par comptage d'impulsions, montantes ou descendantes, la position H de la table 5 sur son cycle de basculement. (Fig. 17b).
La figure 17a représente graphiauement les consignes venant de l'automate programmable 18. Ces consignes alimentent le circuit de commande 14. La
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vitesse reelle de la table oscillante 5, mesuréc à l'aide de la dynamo tachymétrique 23, est également montrée à la figure 17a.
Le schéma de fonctionnement du dispositif de commande et de la r & gulation de vitesse est repris à la fig. 16.
Une première série d'instructions initialise la vitesse Vt de la table 5 à une valeur constante, guelconaue V1. Elle permet ainsi d'attendre l'instant precis où la table 5 est horizontale alors que la table vient d'effectuer son mouvement oscillant a partir du point mort gauche. A cet instant démarrent 2 programmes paralleles, suivant une procedure de TIME SHARING prévue par l'automate SAIA PCA14 : - un programme decompte en permanence, a chaque impulsion, montante ou descendante, de manivelle 24 (gui correspond à 1/50 de tour) un compteur appelé CI, utilisé dans l'autre programme parallèle.
- un autre programme pilote le servomoteur 17 afin de donner un profil de vitese variable à la table 5, durant une dizaine de basculements de la table (A=10).
Le profil de la vitesse est donné de la façon suivante : La vitesse de la table 5 est calculée comme étant le produit de la consigne de vitesse V, affecté d'un facteur multiplicatif Ki, durant un nombre d'impulsions Cli. En fonction de la variation dans le temps de l'angle A la manivelle, la vitesse de la table vaut :
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=V table c l l = vc x K2 durant CI2 impulsions manivelle = vc x Ki durant Cli impulsions manivelle = vc x K durant CI impulsions manivelle, Kn et CIn etant les derniers paramètres mis en mémoire pour définir le profil de la courbe de vitesse.
Ceci est illustre à la fig. 16a.
Une fois le demi-profil effectué (iusau'au K et ci), on attend J'instant OÙ 1a table est horizontale pour recommencer le cycle, et ceci jusau'au dixième cycle (A=10).
Cette façon de procéder (K et CI) a l'avantage de présenter ouelctue soit la consigne de vitesse, la même courbe de profil (fig. 18). De plus, ceci a l'avantage de garder le profil tout en pouvant modifier la vitesse consigne V, afin de parvenir à la synchronisation.
Dès aue la table fonctionne en régime profil de
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vitesse comme indian6 plus haut, trois programmes parallèles se déroulent à nouveau ensemble, suivant la procedure de time sharing prévue par l'automate : - un premier programme effectue en permanence le decomptage du compteur d'impulsions CI à chaaue flanc montant ou descendant du codeur optiaue H ;
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- un second programme effectue en permanence le calcul du temps tl écoulé entre deux positions extremes gauches de la lame (F = l) ;
- un troisième programme utilise Je regulateur PID numérique de l'automate programmable en calculant la consigne Vc du profil de vitesse de manière ä ce que le temps d'un cycle de basculement de la table soit avec unc précision de 5% egal 3 (5 ou 7) fois le temps d'un battement de lames (figure 16b).
Cette regulation par régulateur PID s'effectue en modifiant dans le temps, la valeur de consigne imposee au circuit de commande 14, donnant le profil de la vitesse de la table, en fonction des valeurs antérieures et des valeurs a atteindre.
La combinaison des 3 modes, proportionnel, integral et dérivé, offre les avantages connus des regulateurs PID, grace cl : - facteur proportionnel gui permet d'appliouer une correction proportionnelle aux écarts ; - facteur intégra1 gui permet d'annuler les écarts entre la grandeur régulée et la consigne, en état de regime ; - facteur derive gui permet d'anticiper les variations de l'écart entre la grandeur régulée et la consigne ;
L'ajustement des paramètres du PID numérique s'effectue par une "méthode" connue, par exemple celle de ZIEGLER-NICHOLS.
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Dès que la vitesse de la table est a quelques % pres de la valeur a obtenir, on effectue "l'accrochage proprement dit des points morts" (figure 16c). On mesure un intervalle de temps ts entre la position "bloc à gauche" E et la position "lame à gauche" F et en fonction de cet intervalle de temps t,, on ralentit et on accélère la table en jouant sur la valeur de consigne, afin que tl corresponde à l'intervalle de temps t2 entre deux points morts consécutifs de la lame (voir figures 17 à 20). Le programme simultané effectuant le decomptage permanent de CI en fonction des impulsions du codeur optique, est réitéré perpétuellement.
La lame de scie, suivant l'invention, permet de scier un matériau pierreux sans déviation prononcée d'obtenir une section de coupe satinée, de permettre une meilleure répartition de la pression d'enfoncement de la lame dans le matériel pierreux, de permettre une usure homogène de tous les segments abrasifs et l'utilisation de lames de scie dans lesguelles les segments abrasifs sont repartis de façon homogene le long du bord longitudinal de la lame.
11 est evident que la présente invention n'est pas limitee aux formes de realisation décrites ci-dessus et que de nombreuses modifications peuvent etre apportées dans la forme, la disposition et la constitution de certains des é1éments intervenant dans sa réalisation, A condition que ces modifications ne soient pas en contradiction avec l'objet de chacune des revendications suivantes.
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Ainsi la table oscillante 5, propre à supporter un bloc de materiau pierreux 8 peut être de construction différente. Elle peut reposer A chaque bord d'extrémité sur des arbres-manivelles actionnés dans des sens diff6 rents dans des secteurs angulaires restreints, par exemple par un système de commande unique comme décrit
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dans le brevet belge n 604 336 ou distincts, déphasés angulairement comme décrit dans le brevet belge n 898 452.