EP3585518B1 - Machine de broyage à cône et procédé de broyage mettant en oeuvre une telle machine - Google Patents

Machine de broyage à cône et procédé de broyage mettant en oeuvre une telle machine Download PDF

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EP3585518B1
EP3585518B1 EP18709673.0A EP18709673A EP3585518B1 EP 3585518 B1 EP3585518 B1 EP 3585518B1 EP 18709673 A EP18709673 A EP 18709673A EP 3585518 B1 EP3585518 B1 EP 3585518B1
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EP
European Patent Office
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vibrators
machine
tank
motor
vibrator
Prior art date
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Active
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EP18709673.0A
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German (de)
English (en)
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EP3585518A1 (fr
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Jérôme PORTAL
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Fives FCB SA
Fives Solios SA
Original Assignee
Fives FCB SA
Fives Solios SA
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Filing date
Publication date
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Publication of EP3585518A1 publication Critical patent/EP3585518A1/fr
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C2/00—Crushing or disintegrating by gyratory or cone crushers
    • B02C2/02—Crushing or disintegrating by gyratory or cone crushers eccentrically moved
    • B02C2/04—Crushing or disintegrating by gyratory or cone crushers eccentrically moved with vertical axis
    • B02C2/045—Crushing or disintegrating by gyratory or cone crushers eccentrically moved with vertical axis and with bowl adjusting or controlling mechanisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C2/00—Crushing or disintegrating by gyratory or cone crushers
    • B02C2/02—Crushing or disintegrating by gyratory or cone crushers eccentrically moved
    • B02C2/04—Crushing or disintegrating by gyratory or cone crushers eccentrically moved with vertical axis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C2/00—Crushing or disintegrating by gyratory or cone crushers
    • B02C2002/002—Crushing or disintegrating by gyratory or cone crushers the bowl being a driven element for providing a crushing effect

Definitions

  • the invention relates to the field of fragmentation machines, also called machines for grinding and / or crushing material, such as ores. More precisely, the invention relates to the field of grinding machines in which the material is crushed between a cone and a frustoconical bottomless tank by setting the tank in motion relative to the cone.
  • the machine comprises a conical head, also called the cone, housed in a tank, a space being defined between the head and the tank.
  • the conical head is in a fixed position relative to a frame, while the tank is positioned on a supporting structure, mounted floating relative to the frame.
  • the supporting structure is movable in a horizontal plane relative to the frame by means of vibrators which are set in motion by appropriate means.
  • the conical head is mounted to rotate freely around a vertical axis relative to the frame, in order to limit the wear phenomena due to movements in a tangential plane between the tank and the head.
  • the height of the cone relative to the tank can be adjusted, so as to adjust the minimum width of the space between the head and the tank, and therefore the maximum size of the ground products.
  • the thickness of the layer of material is deduced therefrom, and therefore the maximum size of the crushed products. By comparing this thickness with a target value, it is possible to adjust the machine parameters.
  • the document EP 0 833 692 describes a system for setting the tank in vibration making it possible to limit vertical vibrations.
  • several vertical vibrator shafts are mounted on a frame supporting the tank, each shaft carrying a vibrator composed of two weights arranged on either side of a base of the frame defining a horizontal plane.
  • the vibrators when the vibrators are rotated, the forces they exert are located in the horizontal plane of the base.
  • the vibration setting system comprises vibrator shafts, generally four, arranged in a square around the tank and the conical head.
  • a first vibrator shaft is coupled to a motor, and the other shafts are driven from the first shaft by a set of pulleys and a belt.
  • the rotation of the vibrators must be synchronized to avoid the appearance of parasitic moments.
  • the vibrator shafts When starting the machine, the vibrator shafts are rotated, their speed gradually increasing to a nominal speed. The material poured between the head and the tank is then crushed. However, without any particular precaution, the vibrations of the tank pass through different frequencies, some of which may correspond to resonant frequencies of the machine, which is detrimental for the machine.
  • phase shifting device to adjust the angular offset of a group of vibrators relative to the other group, in order to modify the amplitude of the resultant of the forces generated by the vibrators.
  • two vibrators are in phase opposition with respect to the two other vibrators so that the resultant of the forces generated by the vibrators is zero: the tank is stationary with respect to the head. Phase opposition is maintained until rated speed is reached. Then, all the vibrators are put in phase, so that the resultant of the forces is maximum, and the tank is set in motion with respect to the head to grind the material.
  • the amplitude can be changed by means of one or two rotary jacks allowing to modify the phase shift of the vibrators of one group compared to those of the other group.
  • the phase shift and the phasing of the vibrators with respect to each other are based in particular on the transmission by the assembly of pulleys and belts, making the adjustment imprecise and unreliable.
  • the wear of pulleys and belts as well as the tension in the belts must be monitored in order to maintain fine adjustment.
  • the belt can also "jump" on the notches of the pulleys, especially as the notches are subject to wear, shifting the angular position of the vibrators relative to each other.
  • the set of pulleys and belts increases the number of parts on the machine, making it more complex, and making maintenance difficult.
  • the hydraulic cylinders for rotating the shafts of the vibrators require a robust seal, both with respect to the pivoting of the shafts, but also with respect to the vibrations of the machine. Many leakage problems can arise.
  • the machine further comprises a device for vibrating the tank relative to the frame in a transverse plane, so that material is ground between the inner track and the outer grinding track by the relative movement of the tank with respect to to the cone.
  • the vibrations to grind the material can thus be adapted online, without stopping the machine, according to the grinding power required to grind the material.
  • the machine thus operates continuously.
  • each motor is mounted on the frame and comprises a motor shaft extending longitudinally.
  • Each vibrator is mounted on a vibrator shaft, a connection between the motor shaft and the corresponding vibrator shaft comprising a rigid coupling in the transverse plane, so that the vibrator shaft is rotated by the motor shaft and a flexible coupling in the longitudinal direction, so that the vibrator shaft can move in the longitudinal direction relative to the drive shaft over a determined maximum stroke.
  • the flexible connection between the motor shaft and the vibrator shaft preserves the machine while ensuring efficient transmission.
  • connection between the motor shaft and the vibrator shaft may comprise a connecting rod comprising a constant velocity transmission joint between the motor shaft and the vibrator shaft, and may also include an intermediate part between the connecting rod and the shaft. 'engine shaft.
  • the intermediate piece may comprise a strip of elastomeric material fixed astride two parts of a rigid body of the intermediate piece. More precisely, a first part can be fixed to one end of the motor shaft and a second part can be fixed to one end of the connecting rod.
  • One of the first part and of the second part may further comprise a protruding longitudinal lug cooperating with a longitudinal bore of the other of the first part and of the second part to guide the movement of the vibrator shaft according to the longitudinal direction with respect to the motor shaft.
  • This embodiment is inexpensive to set up and ensures the transmission between the motor shaft and the vibrator shaft efficiently.
  • each motor comprises a motor mode, in which the motor consumes energy to set the associated vibrator in rotation, and a generator mode, in which the motor generates power. energy by braking the associated vibrator.
  • the engine control system may include a device for recovering and storing at least part of the energy generated by each engine in generator mode.
  • the engine control system may include a device for dissipating at least part of the energy generated by each engine in generator mode.
  • the recovered energy thus makes it possible to reduce the operating costs of the machine.
  • the recovered energy can thus be used either to control the machine or to power other devices.
  • a modified grinding parameter may be the particle size of the ground material at the outlet of the grinding machine.
  • the particle size characteristics of the material leaving the machine can be adapted as required.
  • a modified grinding parameter may be the particle size of the material supplied to the grinding machine.
  • the modification of the particle size of the material entering the grinding machine is commonly encountered. It is thus particularly advantageous economically to adapt the grinding force to the particle size of the material to be ground.
  • the monitoring of vertical vibrations makes it possible in particular to monitor a failure of a machine, and to anticipate it to avoid breakage which would require a long shutdown of the machine for repair.
  • This procedure for saving an initial position allows the machine to be started more quickly and automatically. By For example, when a fault has required stopping the machine, restarting the machine from the initial stored position can be done automatically.
  • the device for vibrating the tank is placed in the zero position, in order to preserve the machine.
  • each vibrator is controlled independently of the others by a motor, setting to zero position is done very quickly, preserving the integrity of the machine.
  • the machine 1 comprises in particular a frame 2 , intended to rest on the ground.
  • the machine 1 further comprises a tank 3 , the interior surface of which forms an interior grinding track 3a .
  • the tank 3 is mounted on a frame 4 movable in translation with respect to the frame 2 at least in a transverse plane, which is in practice substantially the horizontal plane.
  • the frame 4 is mounted on the frame 2 by means of elastic studs 4a , which deform elastically both transversely and longitudinally to limit the transmission of vibrations to the frame 2.
  • a cone 5 the outer surface of which is shape substantially complementary to that of the inner surface of the tank 3 and which forms an outer grinding track 5a is placed inside the tank 3.
  • the cone 5 is mounted on a shaft 6 extending along a longitudinal axis A , which is in practice substantially vertical, and supported by a secondary frame 2a .
  • the secondary frame 2a is suspended from the frame 4.
  • the machine 1 finally comprises a device 7 for setting the tank 3 in vibration relative to the frame 2 in a transverse plane ( figure 3 ).
  • the tank 3 moves in a plane transverse to the cone 5, so that material is crushed between the internal station 3a and the external track 5a.
  • the device 7 for setting vibrations comprises at least two vibrators.
  • the device 7 for setting vibrations comprises four vibrators 8a, 8b, 8c, 8d distributed in a square on the frame 4.
  • Each vibrator 8a, 8b, 8c, 8d can be formed of two parts called weights distributed on either side of a substantially transverse plane of the frame 4, so that the vibrations of the tank 3 caused by the rotation of the vibrators 8a, 8b 8c, 8d remain substantially in this transverse plane.
  • Each vibrator 8a, 8b, 8c, 8d is fixed on a shaft 9a, 9b, 9c, 9d with a longitudinal axis vibrator driven in rotation with respect to the frame 4 by a motor 10, including the motors 10 of the shafts 9a, 9b to vibrator are visible on the figure 2 .
  • the tank 3 is put into vibrations and describes a circular translational movement in a transverse plane.
  • the device 7 for setting vibration comprises at least two vibrators, distributed regularly around the longitudinal axis A, in order to generate vibrations, mainly or even exclusively, in the transverse plane, so that the energy consumed by the machine is optimally used to grind the material between the inner track 4a and the outer grinding track 5a.
  • Particular measures can be taken in order to limit the longitudinal vibrations, that is to say in practice the vertical vibrations.
  • the vibrators are for example identical to each other, and arranged equidistant from the longitudinal axis A and equidistant from each other. When the vibrators are not identical, the distance to the longitudinal axis A and the distance between them can be adapted accordingly.
  • each motor 10 drives the corresponding vibrator independently of the other vibrators. More precisely, each motor 10 controls the position and the speed of rotation of the corresponding vibrator. As will be explained later, each motor 10 is preferably a reversible motor, that is to say it comprises a motor mode, in which it consumes energy to set the corresponding vibrator in rotation, and a generator mode in which it generates energy by braking the corresponding vibrator.
  • the vibration device 7 can take a multitude of intermediate positions, so as to adjust the amplitude of the vibrations as a function of the required grinding power.
  • the phase shift of the vibrators is carried out two by two.
  • the diagonally opposed vibrators 8a, 8c are in phase with each other, just as the diagonally opposed vibrators 8b, 8d are in phase with each other, while the vibrators 8a, 8c are in phase opposition with respect to vibrators 8b, 8d, that is to say that the phase angle is substantially 180 °.
  • the four vibrators 8a, 8b, 8c, 8d are in phase with each other.
  • the vibrators 8a, 8c are out of phase by an angle different from 180 ° with respect to the vibrators 8b, 8d.
  • each vibrator 8a, 8b, 8c, 8d can be associated with a position sensor, making it possible to know at any time the position of each of the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d.
  • the control system 11 is thus able to cause the device 7 for setting vibrations to pass from one position to another while maintaining the rotation of the vibrators. Indeed, thanks in particular to the independence of the motors 10, at all times, the position of each vibrator, its speed of rotation and its phase shift with respect to the other vibrators are known and can be regulated online, without the machine 1 not having must be stopped.
  • the control system 11 comprises a computer 13 which, from the knowledge of the rotational speed and the position of each vibrator and the phase shift between the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d makes it possible to know at any time the amplitude of the vibrations of the tank 3.
  • the device 7 for setting vibrations can in particular regulate the phase shift between the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d to regulate the amplitude of the vibrations of the tank 3 at all times, and thus regulate the grinding force.
  • the control system 11 can further regulate the rotational speed of the vibrators to regulate the grinding power.
  • the intermediate position does not depend on the mechanical assembly, but can be adjusted online, without stopping the operation of the machine 1, by the motor control system 11 acting directly on the motors.
  • the position of each vibrator 8a, 8b, 8c, 8d is held with great reliability over a period of time which may range from a few minutes. at several hours.
  • the control system 11 makes it possible to connect the motors 10 by means of a load sharing system, to ensure synchronized control of the motors 10 and the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d.
  • the machine 1 makes it possible to adapt the grinding force according to the characteristics the incoming material and the characteristics targeted for the material leaving the machine 1.
  • the device 7 for setting vibrations is previously placed in the zero position.
  • An initial grinding power can be determined by the computer 13 as a function of at least one grinding parameter.
  • the initial grinding power determines an initial speed of rotation and an initial phase shift of the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d, this initial phase shift possibly corresponding to the maximum position and then to an intermediate position.
  • the control system 11 then gradually increases the speed of rotation of the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d until it reaches the initial value.
  • the device 7 for setting vibrations being in the zero position, the tank 3 has little or no transverse displacements with respect to the cone 5. Thus, during the rise in rotational speed, one avoids passing through frequencies of resonance of machine 1 which could degrade it. Then the control system 11 moves the vibrators so as to obtain the determined initial phase shift, and therefore the initial grinding power.
  • the grinding power can be kept substantially equal to the initial grinding power: the rotational speed of the vibrators and the phase shift are maintained, with increased reliability through the use of the motors 10 each associated with a vibrator 8a, 8b, 8c, 8d.
  • grinding parameter here denotes any parameter that can influence the characteristics of the material leaving the grinding machine 1. Mention may be made, without limitation, of the particle size distribution of the granules, that is to say in particular the size, the hardness, the shape and the porosity of the granules, the density of the input material, the target particle size of the granules at the outlet of the material, the material flow. In practice, the particle size of the incoming material, and in particular the size of the granules, relative to the target particle size, and in particular the size of the granules, of the outgoing material constitute the grinding parameters most often used.
  • a new grinding power can be calculated by the computer 13, and the phase shift angle, and / or the speed of rotation, of the vibrators can be changed to obtain the new power of grinding, while maintaining the rotation of the vibrators.
  • the phase angle of the vibrators can correspond to the maximum position or to an intermediate position.
  • the grinding power is directly related to the amplitude of the vibrations of the tank 3, which is determined by the phase shift between the vibrators. More precisely, it is the grinding force which depends directly on the phase shift of the vibrators.
  • the required grinding power can be determined in particular as a function of the characteristics of the incoming material and the characteristics targeted for the outgoing material. For example, the greater the size difference between The larger the granules of the outgoing material and the incoming material, the greater the grinding power should be.
  • An example of application relates to mineral processing, that is to say the grinding of ores.
  • the outgoing material has a proportion of granules smaller than a required size, referred to as fines, which is too high. Indeed, fine particles can be detrimental to downstream treatment processes. Thanks to the new machine 1 presented here, the grinding power is adjusted to avoid the production of fines.
  • the modification of a grinding parameter can be done upstream of the machine 1, for example by directly measuring the characteristics of the incoming material, or downstream of the machine 1, for example by measuring the characteristics of the outgoing material.
  • the machine 1 further comprises a sensor of the longitudinal vibrations of the tank 3. By comparing the spectrum of the longitudinal vibrations measured by the sensor with a reference spectrum, it is possible to detect a modification of a parameter. of grinding. A difference between the measured spectrum and the reference spectrum is quantified. It can be, for example, a difference in amplitude, frequency or even a time shift. If the quantified difference exceeds a threshold value, the detection of a modification of a grinding parameter can be confirmed, for example by sending a signal to the device 7 for vibrating, in order to regulate the phase shift of the vibrators.
  • the grinding power of the machine 1 may be unsuitable.
  • the power may be insufficient, so that the granules of the incoming material are not crushed, and cause blocking. It may also happen that the power grinding speed is too high, so that the outer track 5a of the cone 5 comes into contact with the inner track 3a of the vessel 3. In such situations, unwanted longitudinal vibrations appear, signaling that the grinding power needs to be adjusted. .
  • the machine 1 thus formed can be more responsive to changes in the grinding parameters than the grinding machines of the state of the art.
  • the device 7 for setting vibrations can quickly move to zero position, to prevent the tank 3 from coming. in contact with the cone 5 and that the grinding tracks 3a, 5a are not degraded.
  • the reaction time is of the order of a few seconds between the detection of the material supply cut-off and the setting to zero position, while in the state of the pulley technique, the reaction time is several tens of seconds.
  • the position of the vibrators is also precise, generally with an angular offset of less than 1 °.
  • the position and speed of vibrators 8a, 8b, 8c, 8d being known at any time, it is easy to set up predictive maintenance: when the power developed by a vibrator deviates too much from a power of reference or that of the other vibrators, a maintenance signal can be generated to indicate that an intervention, for example a lubrication operation, a bearing diagnosis or a visual inspection, must be carried out.
  • the position sensor of each vibrator is of the encoder type.
  • An operator places the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d in an initial position in which the phase shift between the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d corresponds to the zero position of the device 7 for vibrating.
  • Each encoder then records the position of the associated vibrator.
  • the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d have been moved away from their initial position, to start the machine 1, it is necessary to bring the vibration device 7 back to zero position, in order to be able to increase the speed up to the speed determined by the grinding power required without generating vibrations.
  • the motors 10 rotate the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d until each vibrator 8a, 8b, 8c, 8d is returned to the initial position, before increasing their speed of rotation.
  • the machine 1 can be stopped suddenly, the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d being in a position with any relative phase shift; restarting the machine 1 is always done with the device 7 for setting vibrations in zero position.
  • the motors 10 can be of the reversible type.
  • the system 11 for controlling the motors 10 comprises a device 14 for recovering at least part of the energy generated by each motor 10 in generator mode.
  • the control system 10 can then be used by the control system 10 to put the device 7 for setting vibrations to zero position, so that the vibrations of the tank 3 are almost zero.
  • the speed of rotation of the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d gradually decreases, the device 7 for setting vibrations being maintained in the zero position, without passing through resonant frequencies of the machine 1 which could degrade it.
  • the energy recovered by the recovery device 14 can be stored.
  • the energy recovered by the recovery device 14 is directly used by one or more motors 10. More precisely, during the transient phases including in particular the phase shift changes between the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d , as the motors 10 are connected to a load sharing system, the electrical energy generated by the motor or motors which switch to generator mode can then be directly transmitted to the motor or motors in drive mode.
  • the sharing system thus makes it possible to distribute the power between the motors 10 during transient phases involving very large differences in power between the motors 10.
  • control system 11 may further comprise a device 15 for dissipating at least part of the energy generated by each motor in generator mode, allowing excess energy to be evacuated and preventing an overload on the load sharing system in the event of rapid braking, for example.
  • each motor 10 is mounted on the frame 2 and comprises a motor shaft 16 , extending longitudinally, and connected to the shaft 9a, 9b, 9c, 9d with corresponding vibrator using a connection 17 for driving the shaft 9a, 9b, 9c, 9d with rotating vibrator.
  • each vibrator shaft 9a, 9b, 9c, 9d being mounted in rotation about an axis parallel to the longitudinal axis of the frame 4, the connection 17 between the motor shaft 16 and the shaft 9a, 9b , 9c, 9d corresponding vibrator comprises a rigid coupling in the transverse plane.
  • any longitudinal vibrations of the frame 4 carrying the tank 3 can degrade the connection between the shafts.
  • connection further comprises a flexible coupling in the longitudinal direction, so that the vibrator shaft 9a, 9b, 9c, 9d can move in the longitudinal direction relative to the motor shaft 16 over a stroke. maximum determined.
  • This arrangement also makes it possible to have each motor 10 substantially in longitudinal alignment with one of the vibrators 8a, 8b, 8c, 8d.
  • connection 17 between the motor shaft 16 and the shaft 9a, 9b, 9c, 9d with a corresponding vibrator comprises a connecting rod 18 with a constant velocity transmission joint.
  • This is for example a connecting rod 18 with a double cardan joint.
  • the connection 17 further comprises an intermediate part 19 between one end of the connecting rod 18, for example the end of the motor side 10.
  • This intermediate part 19 is formed in particular of a rigid body 20 , for example metallic, in two parts 20a, 20b, and a strip 21 of elastomeric material fixed astride the two parts 20a, 20b of the rigid body 20. More precisely, the strip 21 is of annular shape, each of its free edges being rigidly fixed to one of the parts 20a, 20b of the rigid body 20.
  • a first part 20a of the rigid body 20 is rigidly fixed to one end of the motor shaft 10, and the second part 20b is fixed to the motor side end 10 of the connecting rod 18.
  • the elastomeric strip 21 is sufficiently elastic to fit. deform longitudinally, allowing a longitudinal relative movement over a determined stroke between the motor shaft 10 and the shaft 9a, 9b, 9c, 9d with corresponding vibrator.
  • one of the two parts for example the first part 20a, comprises a lug 22 projecting longitudinally
  • the other part, for example the second part 20b comprises a longitudinal bore 23 , complementary to the lug 22, in order to allow sliding with guidance of the lug 22 in the bore 23.
  • the lug 22 can be attached by rigid attachment to the first part 20a, or be integral with the first part 20a.
  • the second part 20b is for example made of steel, and a self-lubricated bronze ring is force-fitted into the bore 23.
  • connection 17 thus allows flexibility in the transmission of rotation from the drive shafts 16 to the shafts 9a, 9b, 9c, 9d with a vibrator absorbing the vibrations of the tank 3 relative to the frame 2.
  • the cooperation between the lug 22 and the bore 23 makes it possible to avoid transverse movements detrimental to the mechanical strength of the link 17.

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Description

  • L'invention concerne le domaine des machines de fragmentation, également appelées machines de broyage et/ou de concassage de matière, tels que des minerais. Plus précisément, l'invention concerne le domaine des machines de broyage dans lesquelles la matière est broyée entre un cône et une cuve tronconique sans fond par mise en mouvement de la cuve par rapport au cône.
  • Le principe de fonctionnement d'une telle machine est décrit dans le document FR 2 687 080 . La machine comprend une tête conique, appelée aussi le cône, logée dans une cuve, un espace étant défini entre la tête et la cuve. La tête conique est à position fixe par rapport à un bâti, tandis que la cuve est positionnée sur une structure portante, montée flottante par rapport au bâti. La structure portante est déplaçable dans un plan horizontal par rapport au bâti grâce à des vibrateurs qui sont mis en mouvement par des moyens appropriés. Ainsi, la matière déversée dans l'espace entre le cône et la cuve est broyée par la mise en mouvement en translation circulaire dans le plan horizontal de la cuve par rapport au cône. La matière broyée tombe alors dans un conduit situé sous le cône.
  • Le document EP 0 642 387 propose deux améliorations. D'une part, la tête conique est montée libre en rotation autour d'un axe vertical par rapport au bâti, afin de limiter les phénomènes d'usure dus aux mouvements dans un plan tangentiel entre la cuve et la tête. D'autre part, la hauteur du cône par rapport à la cuve peut être ajustée, de manière à régler la largeur minimale de l'espace entre la tête et la cuve, et donc la taille maximale des produits broyés. En effet, en mesurant la vitesse de rotation de la tête, et en connaissant la largeur maximale de l'espace de broyage, il en est déduit l'épaisseur de la couche de matière, et donc la taille maximale des produits broyés. En comparant cette épaisseur avec une valeur de consigne, il est possible de régler les paramètres de la machine.
  • Le document EP 0 833 692 décrit un système de mise en vibrations de la cuve permettant de limiter les vibrations verticales. A cet effet, plusieurs arbres à vibrateur verticaux sont montés sur un châssis supportant la cuve, chaque arbre portant un vibrateur composé de deux masselottes disposés de part et d'autre d'une embase du châssis définissant un plan horizontal. Ainsi, lorsque les vibrateurs sont mis en rotation, les forces qu'ils exercent sont situées dans le plan horizontal de l'embase.
  • Dans les exemples présentés ci-dessus, le système de mise en vibrations comprend des arbres à vibrateur, en général quatre, disposés en carré autour de la cuve et de la tête conique. Un premier arbre à vibrateur est accouplé à un moteur, et les autres arbres sont entraînés à partir du premier arbre par un ensemble de poulies et de courroie. La rotation des vibrateurs doit être synchronisée pour éviter l'apparition de moments parasites.
  • Lors du démarrage de la machine, les arbres à vibrateurs sont mis en rotation, leur vitesse augmentant progressivement jusqu'à une vitesse nominale. La matière déversée entre la tête et la cuve est alors broyée. Toutefois, sans précaution particulière, les vibrations de la cuve passent par différentes fréquences dont certaines peuvent correspondre à des fréquences de résonance de la machine, ce qui est préjudiciable pour la machine.
  • Il est alors connu de mettre en place un dispositif de déphasage pour régler le décalage angulaire d'un groupe de vibrateurs par rapport à l'autre groupe, afin de modifier l'amplitude de la résultante des forces engendrées par les vibrateurs. Ainsi, au démarrage, deux vibrateurs sont en opposition de phase par rapport aux deux autres vibrateurs de sorte que la résultante des forces engendrées par les vibrateurs soit nulle : la cuve est immobile par rapport à la tête. L'opposition de phase est maintenue jusqu'à ce que la vitesse nominale soit atteinte. Puis, tous les vibrateurs sont mis en phase, de sorte que la résultante des forces soit maximale, et la cuve est mise en mouvement par rapport à la tête pour broyer la matière.
  • Par exemple, comme présenté dans le document EP 0 833 692 , l'amplitude peut être modifiée au moyen d'un ou deux vérins rotatifs permettant de modifier le déphasage des vibrateurs d'un groupe par rapport à ceux de l'autre groupe.
  • Ainsi, le déphasage et la mise en phase des vibrateurs les uns par rapport aux autres s'appuient notamment sur la transmission par l'ensemble de poulies et de courroies, rendant le réglage peu précis et peu fiable. En effet, l'usure des poulies et des courroies ainsi que la tension dans les courroies doivent être surveillées afin de conserver un réglage fin. La courroie peut également « sauter » sur les crans des poulies, d'autant plus que les crans sont soumis à l'usure, décalant la position angulaire des vibrateurs les uns par rapport aux autres.
  • Par ailleurs, l'ensemble de poulies et de courroies augmente le nombre de pièces sur la machine, la complexifiant, et rendant la maintenance délicate. Notamment, les vérins hydrauliques pour faire pivoter les arbres des vibrateurs nécessitent une étanchéité robuste, à la fois vis-à-vis des pivotements des arbres, mais également vis-à-vis des vibrations de la machine. De nombreux problèmes de fuite peuvent survenir.
  • En outre, pendant le fonctionnement de la machine, les vérins hydrauliques ont tendance à pivoter, notamment à cause de fuites qui peuvent être accentuées sous l'effet des vibrations de la machine, de sorte que leur position devient aléatoire. Les vérins hydrauliques ne peuvent pas tenir de manière fiable une position intermédiaire. Ainsi, les vibrateurs fonctionnent en général sur un principe tout ou rien : soit les vibrateurs sont déphasés, et la résultante des forces est nulle, soit les vibrateurs sont en phase, et la résultante est maximale. Une position intermédiaire ne peut être tenue que pour une courte durée, de manière exceptionnelle.
  • Il peut toutefois être requis d'adapter la valeur de la résultante maximale comme étant un réglage du procédé général. Comme cette valeur ne peut pas être adaptée de manière pérenne en maintenant par les vérins une position intermédiaire, des butées mécaniques sont installées manuellement dans les vérins pour définir une position donnant la résultante maximale. La mise en place des butées est fastidieuse, et implique l'arrêt de la machine de broyage le temps des opérations d'installation. Or, la machine de broyage étant en général intégrée dans un procédé plus global de traitement de la matière, l'arrêt de la machine impacte le procédé global.
  • Il existe donc un besoin pour une nouvelle machine de broyage et/ou concassage surmontant notamment les inconvénients précités.
  • A cet effet, selon un premier aspect, l'invention propose une machine de broyage comprenant :
    • un bâti,
    • une cuve formant piste intérieure de broyage. La cuve est montée sur un châssis mobile en translation au moins dans un plan transversal par rapport au bâti,
    • un cône formant piste extérieure de broyage et placé à l'intérieur de la cuve.
  • La machine comprend en outre un dispositif de mise en vibrations de la cuve par rapport au bâti dans un plan transversal, de sorte que de la matière est broyée entre la piste intérieure et la piste extérieure de broyage par le mouvement relatif de la cuve par rapport au cône.
  • Le dispositif de mise en vibrations de la cuve comprend au moins deux vibrateurs montés sur le châssis, chaque vibrateur étant mis en rotation autour d'un axe longitudinal du châssis par un moteur. Chaque moteur entraîne indépendamment les uns des autres le vibrateur auquel il est associé. Le dispositif de mise en vibrations de la cuve comprend en outre un système de contrôle des moteurs et un système de mesure de l'angle de déphasage relatif entre les vibrateurs, de sorte que le dispositif de vibration peut prendre au moins trois positions :
    • une position dite zéro, dans laquelle l'angle de déphasage entre les vibrateurs est tel que les vibrations de la cuve sont d'amplitude minimale ;
    • une position dite maximale, dans laquelle l'angle de déphasage entre les vibrateurs est nul, de sorte que les vibrations de la cuve sont d'amplitude maximale ;
    • au moins une position dite intermédiaire, dans laquelle l'angle de déphasage entre les vibrateurs est tel que les vibrations de la cuve sont d'amplitude intermédiaire entre l'amplitude maximale et l'amplitude minimale, le système de contrôle étant apte à faire passer le dispositif de vibrations d'une position à l'autre tout en maintenant la rotation des vibrateurs.
  • Les vibrations pour broyer la matière peuvent ainsi être adaptées en ligne, sans arrêt de la machine, en fonction de la puissance de broyage requise pour broyer la matière. La machine fonctionne ainsi en continu.
  • Selon un mode de réalisation, chaque moteur est monté sur le bâti et comprend un arbre moteur s'étendant longitudinalement. Chaque vibrateur est monté sur un arbre à vibrateur, une liaison entre l'arbre moteur et l'arbre à vibrateur correspondant comprenant un accouplement rigide dans le plan transversal, de sorte que l'arbre à vibrateur est entrainé en rotation par l'arbre moteur et un accouplement souple selon la direction longitudinale, de sorte que l'arbre à vibrateur peut se déplacer selon la direction longitudinale par rapport à l'arbre moteur sur une course maximale déterminée.
  • La souplesse de liaison entre l'arbre moteur et l'arbre à vibrateur permet de préserver la machine tout en assurant une transmission efficace.
  • Par exemple, la liaison entre l'arbre moteur et l'arbre à vibrateur peut comprendre une bielle comportant un joint de transmission homocinétique entre l'arbre moteur et l'arbre à vibrateur, et peut également comprendre une pièce intermédiaire entre la bielle et l'arbre moteur. La pièce intermédiaire peut comprendre une bande en matière élastomère fixée à cheval entre deux parties d'un corps rigide de la pièce intermédiaire. Plus précisément, une première partie peut être fixée à une extrémité de l'arbre moteur et une deuxième partie peut être fixée à une extrémité de la bielle. L'une de la première partie et de la deuxième partie peut comprendre en outre un ergot en saillie longitudinale coopérant avec un perçage longitudinal de l'autre de la première partie et de la deuxième partie pour guider le déplacement de l'arbre à vibrateur selon la direction longitudinale par rapport à l'arbre moteur.
  • Cette réalisation est peu coûteuse à mettre en place et assure la transmission entre l'arbre moteur et l'arbre de vibrateur de manière efficace.
  • Selon un mode de réalisation, chaque moteur comprend un mode moteur, dans lequel le moteur consomme de l'énergie pour mettre en rotation le vibrateur associé, et un mode générateur, dans lequel le moteur génère de l'énergie en freinant le vibrateur associé. A cet effet, par exemple, le système de contrôle des moteurs peut comprendre un dispositif de récupération et de stockage d'au moins une partie de l'énergie générée par chaque moteur en mode générateur. En variante ou en combinaison, le système de contrôle des moteurs peut comprendre un dispositif de dissipation d'au moins une partie de l'énergie générée par chaque moteur en mode générateur.
  • L'énergie récupérée permet ainsi de diminuer les coûts de fonctionnement de la machine. L'énergie récupérée peut ainsi être utilisée soit pour contrôler la machine, soit pour alimenter d'autres dispositifs.
  • Selon un deuxième aspect, il est proposé un procédé de broyage mettant en œuvre une machine de broyage telle que présentée ci-dessus. Le procédé comprend alors les étapes suivantes :
    • la mise en position zéro du dispositif de mise en vibrations ;
    • la détermination par le système de contrôle d'un effort de broyage en fonction d'au moins un paramètre de broyage ;
    • l'augmentation de la vitesse de rotation des vibrateurs jusqu'à une valeur déterminée par l'effort de broyage ;
    • la mise en position relative des vibrateurs avec un angle de déphasage entre les vibrateurs déterminé par l'effort de broyage ;
    • l'alimentation en matière à broyer de la machine entre les deux pistes de broyage.
  • Le procédé comprend en outre, la rotation des vibrateurs étant maintenue :
    • la détection d'une modification d'au moins un paramètre de broyage ;
    • la détermination d'un nouvel effort de broyage ;
    • la modification d'au moins l'angle de déphasage entre les vibrateurs en fonction du nouvel effort.
  • Selon un mode de réalisation particulier, un paramètre de broyage modifié peut être la granulométrie de la matière broyée en sortie de la machine de broyage. Ainsi, en ajustant l'effort de broyage en ligne, les caractéristiques granulométriques de la matière en sortie de la machine peuvent être adaptées en fonction des besoins.
  • En variante ou en combinaison, un paramètre de broyage modifié peut être la granulométrie de la matière alimentant la machine de broyage. La modification de la granulométrie de la matière entrant dans la machine de broyage se rencontre couramment. Il est ainsi particulièrement avantageux économiquement d'adapter l'effort de broyage à la granulométrie de la matière à broyer.
  • Selon un mode de réalisation, la machine de broyage comprend en outre un capteur de vibrations de la cuve selon la direction longitudinale, c'est-à-dire les vibrations verticales. La détection d'une modification du paramètre de broyage peut alors comprendre :
    • la détermination d'un spectre de référence des vibrations longitudinales de la cuve,
    • la comparaison entre le spectre de référence et un spectre mesuré par le capteur de vibrations,
    • la quantification d'une différence entre le spectre de référence et le spectre mesuré
    • si la différence quantifiée dépasse une valeur seuil, la confirmation de la détection d'une modification d'au moins un paramètre de broyage de la matière alimentant la machine de broyage.
  • La surveillance des vibrations verticales permet notamment de surveiller une défaillance une machine, et de l'anticiper pour éviter la casse qui nécessiterait un long arrêt de la machine pour réparation.
  • Selon un mode de réalisation, la mise en position de démarrage comprend les étapes suivantes :
    • les vibrateurs étant à l'arrêt, l'enregistrement d'une position initiale des vibrateurs dans laquelle le déphasage entre les vibrateurs correspond à la position zéro du dispositif de mise en vibrations ;
    • le déplacement des vibrateurs ;
    • la mise en rotation des vibrateurs jusqu'à ce que les vibrateurs soient dans leur position initiale.
  • Cette procédure d'enregistrement d'une position initiale permet de démarrer la machine plus rapidement, et de manière automatique. Par exemple, lorsqu'une défaillance a requis l'arrêt de la machine, le redémarrage de la machine à partir de la position initiale enregistrée peut se faire de manière automatique.
  • Selon un mode de réalisation, lorsqu'une coupure d'alimentation matière se produit, le dispositif de mise en vibrations de la cuve est mis dans la position zéro, afin de préserver la machine. Comme chaque vibrateur est commandé indépendamment des autres par un moteur, la mise en position zéro se fait très rapidement, préservant l'intégrité de la machine.
  • Selon un mode de réalisation, lorsqu'une coupure d'alimentation électrique des moteurs se produit, le procédé peut comprendre les étapes suivantes :
    • la mise en mode générateur d'au moins un moteur,
    • la récupération et le stockage d'au moins une partie de l'énergie de freinage par le dispositif de récupération et de stockage ;
    • la mise en position zéro du dispositif de mise en vibrations de la cuve en utilisant au moins une partie de l'énergie récupérée dans le dispositif de récupération et de stockage pour déphaser les vibrateurs,
    • le maintien de la position zéro jusqu'à l'arrêt de la rotation de l'ensemble des vibrateurs.
  • D'autres effets et avantages apparaitront à la lumière de la description de modes de réalisation de l'invention accompagnée des figures dans lesquelles :
    • la figure 1 est une vue en coupe de dessus d'une machine de broyage selon un mode de réalisation de l'invention dans lequel quatre vibrateurs sont commandés par quatre moteurs indépendants ;
    • la figure 2 est une vue de la machine de la figure 1 selon la ligne de coupe II-II ;
    • la figure 3 est une représentation schématique d'un mode de réalisation du contrôle de la machine de la figure 1 ;
    • la figure 4 est une vue de détail IV-IV de la figure 2.
  • Sur les figures 1 et 2, il est représenté une machine 1 de broyage par vibrations. La machine 1 comprend notamment un bâti 2, destiné à reposer sur le sol.
  • La machine 1 comprend de plus une cuve 3, dont la surface intérieure forme une piste 3a intérieure de broyage. La cuve 3 est montée sur un châssis 4 mobile en translation par rapport au bâti 2 au moins dans un plan transversal, qui est en pratique sensiblement le plan horizontal. A cet effet, le châssis 4 est monté sur le bâti 2 par l'intermédiaire de plots 4a élastiques, se déformant élastiquement aussi bien transversalement que longitudinalement pour limiter la transmission des vibrations au bâti 2. Un cône 5, dont la surface extérieure est de forme sensiblement complémentaire à celle de la surface intérieure de la cuve 3 et qui forme une piste 5a extérieure de broyage est placé à l'intérieur de la cuve 3. De préférence, le cône 5 est monté sur un arbre 6 s'étendant selon un axe A longitudinal, qui est en pratique sensiblement vertical, et supporté par un bâti 2a secondaire. Le bâti 2a secondaire est suspendu au châssis 4.
  • La machine 1 comprend enfin un dispositif 7 de mise en vibrations de la cuve 3 par rapport au bâti 2 dans un plan transversal (figure 3). Ainsi, sous l'effet du dispositif 7 de mise en vibrations, la cuve 3 se déplace dans plan transversal par rapport au cône 5, de sorte que de la matière est broyée entre la poste 3a intérieure et la piste 5a extérieure. Le dispositif 7 de mise en vibrations comprend au moins deux vibrateurs.
  • Selon un mode de réalisation qui est celui des figures, le dispositif 7 de mise en vibrations comprend quatre vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d répartis en carré sur le châssis 4. Chaque vibrateur 8a, 8b, 8c, 8d peut être formé de deux parties appelées masselottes réparties de part et d'autre d'un plan sensiblement transversal du châssis 4, de sorte que les vibrations de la cuve 3 provoquées par la rotation des vibrateurs 8a, 8b 8c, 8d demeurent sensiblement dans ce plan transversal. Chaque vibrateur 8a, 8b, 8c, 8d est fixé sur un arbre 9a, 9b, 9c, 9d à vibrateur d'axe longitudinal entraîné en rotation par rapport au châssis 4 par un moteur 10, dont les moteurs 10 des arbres 9a, 9b à vibrateur sont visibles sur la figure 2. Ainsi, lorsque les vibrateurs sont mis en rotation, la cuve 3 est mise en vibrations et décrit un mouvement de translation circulaire dans un plan transversal.
  • De manière générale, le dispositif 7 de mise en vibration comprend au moins deux vibrateurs, répartis régulièrement autour de l'axe A longitudinal, afin de générer des vibrations, principalement voire exclusivement, dans le plan transversal, afin que l'énergie consommée par la machine soit utilisée de manière optimale pour broyer la matière entre la piste 4a intérieure et la piste 5a extérieure de broyage. Des mesures particulières peuvent être prises afin de limiter les vibrations longitudinales, c'est-à-dire en pratique les vibrations verticales. Les vibrateurs sont par exemple identiques les uns aux autres, et disposés à équidistance de l'axe A longitudinal et à équidistance les uns des autres. Lorsque les vibrateurs ne sont pas identiques, la distance à l'axe A longitudinal et la distance entre les uns et les autres peut être adaptée en conséquence.
  • Chaque moteur 10 entraîne le vibrateur correspondant indépendamment des autres vibrateurs. Plus précisément, chaque moteur 10 commande la position et la vitesse de rotation du vibrateur correspondant. Comme cela sera explicité plus loin, chaque moteur 10 est de préférence un moteur réversible, c'est-à-dire qu'il comprend un mode moteur, dans lequel il consomme de l'énergie pour mettre en rotation le vibrateur correspondant, et un mode générateur dans lequel il génère de l'énergie en freinant le vibrateur correspondant.
  • Plus précisément, le dispositif 7 de mise en vibrations comprend un système 11 de contrôle des moteurs 10 et un système 12 de mesure du déphasage relatif entre les vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d, c'est-à-dire l'angle relatif entre les vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d, de sorte de sorte que le dispositif 7 de vibration peut prendre au moins trois positions :
    • une position dite zéro, dans laquelle l'angle de déphasage entre les vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d est tel que les vibrations de la cuve 3 sont d'amplitude minimale, voire nulle ;
    • une position dite maximale, dans laquelle l'angle de déphasage entre les vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d est nul, de sorte que les vibrations de la cuve 3 sont d'amplitude maximale ;
    • au moins une position dite intermédiaire, dans laquelle l'angle de déphasage entre les vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d est tel que les vibrations de la cuve 3 sont d'amplitude intermédiaire entre l'amplitude maximale et l'amplitude minimale.
  • En pratique, le dispositif 7 de vibrations peut prendre une multitude de positions intermédiaires, de manière à régler l'amplitude des vibrations en fonction de la puissance de broyage requise.
  • Selon l'exemple présenté sur les figures, c'est-à-dire avec quatre vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d, le déphasage des vibrateurs est réalisé deux à deux. Ainsi, dans la position zéro, les vibrateurs 8a, 8c opposés diagonalement sont en phase l'un avec l'autre, de même que les vibrateurs 8b, 8d opposés diagonalement sont en phase l'un avec l'autre, tandis que les vibrateurs 8a, 8c sont en opposition de phase par rapport aux vibrateurs 8b, 8d, c'est-à-dire que l'angle de déphasage est sensiblement de 180°. Dans la position maximale, les quatre vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d sont en phase les uns avec les autres. Enfin, dans la position intermédiaire, les vibrateurs 8a, 8c sont déphasés d'un angle différent de 180° par rapport aux vibrateurs 8b, 8d.
  • Plus précisément, chaque vibrateur 8a, 8b, 8c, 8d peut être associé à un capteur de position, permettant de connaître à chaque instant la position de chacun des vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d.
  • Le système 11 de contrôle est ainsi apte à faire passer le dispositif 7 de mise en vibrations d'une position à l'autre tout en maintenant la rotation des vibrateurs. En effet, grâce notamment à l'indépendance des moteurs 10, à tout instant, la position de chaque vibrateur, sa vitesse de rotation et son déphasage par rapport aux autres vibrateurs sont connus et peuvent être régulés en ligne, sans que la machine 1 ne doive être arrêtée.
  • A cet effet, le système 11 de contrôle comprend un calculateur 13 qui, à partir de la connaissance de de la vitesse de rotation et de la position de chaque vibrateur et du déphasage entre les vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d permet de connaître à tout instant l'amplitude des vibrations de la cuve 3. En comparant la valeur calculée avec une valeur cible, le dispositif 7 de mise en vibrations peut réguler notamment le déphasage entre les vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d pour réguler l'amplitude des vibrations de la cuve 3 à tout instant, et ainsi réguler l'effort de broyage. Eventuellement, le système 11 de contrôle peut en outre réguler la vitesse de rotation des vibrateurs pour réguler la puissance de broyage.
  • Ainsi, la position intermédiaire ne dépend pas du montage mécanique, mais peut être réglée en ligne, sans arrêter le fonctionnement de la machine 1, par le système 11 de contrôle des moteurs 10 agissant directement sur les moteurs. En outre, grâce à l'utilisation des moteurs 10 associés chacun à un vibrateur 8a, 8b, 8c, 8d, la position de chaque vibrateur 8a, 8b, 8c, 8d est tenue avec une grande fiabilité sur une durée pouvant aller de quelques minutes à plusieurs heures. Par exemple, le système 11 de contrôle permet de connecter les moteurs 10 par l'intermédiaire d'un système de partage de charge, pour assurer un contrôle synchronisé des moteurs 10 et des vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d.
  • Grâce à cette nouvelle conception de machine 1 de broyage dans laquelle les vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d sont commandés chacun par un moteur 10 indépendamment des uns des autres, la machine 1 permet d'adapter l'effort de broyage en fonction des caractéristiques de la matière entrante et des caractéristiques visées pour la matière sortant de la machine 1.
  • Ainsi, pour broyer de la matière, le dispositif 7 de mise en vibrations est préalablement placé en position zéro. Une puissance initiale de broyage peut être déterminée par le calculateur 13 en fonction d'au moins un paramètre de broyage. La puissance initiale de broyage détermine une vitesse initiale de rotation et un déphasage initial des vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d, ce déphasage initial pouvant correspondre à la position maximale puis à une position intermédiaire. Le système 11 de contrôle augmente alors progressivement la vitesse de rotation des vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d jusqu'à ce qu'elle atteigne la valeur initiale. Le dispositif 7 de mise en vibrations étant dans la position zéro, la cuve 3 n'a pas ou peu de déplacements transversaux par rapport au cône 5. Ainsi, on évite, pendant la montée de vitesse de rotation, de passer par des fréquences de résonance de la machine 1 qui pourraient la dégrader. Puis, le système 11 de contrôle déplace les vibrateurs de manière à obtenir le déphasage initial déterminé, et donc la puissance initiale de broyage.
  • Tant que les paramètres de broyage ne sont pas modifiés, la puissance de broyage peut être maintenue sensiblement égale à la puissance de broyage initiale : la vitesse de rotation des vibrateurs et le déphasage sont maintenus, avec une fiabilité accrue grâce à l'utilisation des moteurs 10 associés chacun à un vibrateur 8a, 8b, 8c, 8d.
  • Toutefois, il peut arriver qu'un paramètre de broyage soit modifié en cours d'alimentation de la matière.
  • Par paramètre de broyage, on désigne ici tout paramètre pouvant influer sur les caractéristiques de la matière en sortie de machine 1 de broyage. On peut citer de manière non limitative la granulométrie des granulés, c'est-à-dire notamment la taille, la dureté, la forme et la porosité des granulés, la densité de la matière entrante, la granulométrie visée des granulés en sortie de la matière, le débit de matière. En pratique, la granulométrie de la matière entrante, et notamment la taille des granulés, par rapport à la granulométrie visée, et notamment la taille des granulés, de la matière sortante constituent les paramètres de broyage les plus souvent utilisés.
  • En détectant la modification d'un paramètre de broyage, une nouvelle puissance de broyage peut être calculée par le calculateur 13, et l'angle de déphasage, et/ ou la vitesse de rotation, des vibrateurs peut être modifié pour obtenir la nouvelle puissance de broyage, tout en maintenant la rotation des vibrateurs. Là encore, l'angle de déphasage des vibrateurs peut correspondre à la position maximale ou à une position intermédiaire.
  • En effet, la puissance de broyage est directement reliée à l'amplitude des vibrations de la cuve 3, laquelle est déterminée par le déphasage entre les vibrateurs. Plus précisément, c'est l'effort de broyage qui dépend directement du déphasage des vibrateurs.
  • Or, la puissance de broyage requise peut être déterminée notamment en fonction des caractéristiques de la matière entrante et des caractéristiques visées pour la matière sortante. Par exemple, plus la différence de taille entre les granulés de la matière sortante et de la matière entrante est importante, plus la puissance de broyage doit être importante.
  • Un exemple d'application concerne la minéralurgie, c'est-à-dire le broyage de minerais. Selon les besoins, il peut se trouver que la matière sortante présente une proportion de granulés de tailles inférieures à une taille requise, qu'on appelle les fines, qui soit trop élevée. En effet, les particules fines peuvent être préjudiciables aux procédés de traitement aval. Grâce à la nouvelle machine 1 présentée ici, la puissance de broyage est ajustée pour éviter la production de fines.
  • De manière générale, grâce à la machine 1 de broyage ainsi conçue, et contrairement aux machines de l'état de la technique, il n'est pas nécessaire d'arrêter la machine 1 de broyage pour changer le déphasage entre les vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d et maintenir une nouvelle puissance de broyage différente de celle déterminée initialement lors du démarrage de la machine 1.
  • La modification d'un paramètre de broyage peut se faire en amont de la machine 1, par exemple en mesurant directement les caractéristiques de la matière entrante, ou en aval de la machine 1, par exemple en mesurant les caractéristiques de la matière sortante. Selon un mode de réalisation, la machine 1 comprend de plus un capteur des vibrations longitudinales de la cuve 3. En comparant le spectre des vibrations longitudinales mesurées par le capteur avec un spectre de référence, il est possible de détecter une modification d'un paramètre de broyage. Une différence entre le spectre mesuré et le spectre de référence est quantifiée. Il peut s'agir par exemple d'une différence d'amplitude, de fréquence ou encore un décalage temporel. Si la différence quantifiée dépasse une valeur seuil, la détection d'une modification d'un paramètre de broyage peut être confirmée, par exemple par l'envoi d'un signal au dispositif 7 de mise en vibrations, pour réguler en conséquence le déphasage des vibrateurs.
  • En effet, il peut se trouver des situations dans lesquelles la puissance de broyage de la machine 1 est inadaptée. Par exemple, la puissance peut être insuffisante, de sorte que les granulés de la matière entrante ne sont pas broyés, et provoquent un blocage. Il peut également arriver que la puissance de broyage soit trop élevée, de sorte que la piste 5a extérieure du cône 5 vient en contact avec la piste 3a intérieure de la cuve 3. Dans de telles situations, des vibrations longitudinales non désirées apparaissent, signalant que la puissance de broyage doit être ajustée.
  • La machine 1 ainsi formée peut être plus réactive aux changements des paramètres de broyage que les machines de broyage de l'état de la technique. Notamment, lorsqu'une coupure d'alimentation matière se produit, celle-ci est rapidement détectée, et, grâce aux moteurs 10, le dispositif 7 de mise en vibrations peut rapidement se mettre en position zéro, pour éviter que la cuve 3 ne vienne en contact avec le cône 5 et que les pistes 3a, 5a de broyage ne soient dégradées. Le temps de réaction est de l'ordre de quelques secondes entre la détection de la coupure d'alimentation matière et la mise en position zéro, tandis que dans l'état de la technique à poulies, le temps de réaction est de plusieurs dizaines de secondes.
  • La position des vibrateurs est également précise, avec en général un décalage angulaire inférieur à 1°. En outre, la position et la vitesse des vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d étant connues à tout instant, il est aisé de mettre en place une maintenance prédictive : lorsque la puissance développée par un vibrateur s'écarte trop d'une puissance de référence ou de celle des autres vibrateurs, un signal de maintenance peut être généré pour indiquer qu'une intervention, par exemple une opération de graissage, un diagnostic des roulements ou une inspection visuelle, doit être réalisée.
  • Selon un mode de réalisation illustré notamment en figure 4, le capteur de position de chaque vibrateur est de type codeur. Un opérateur place les vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d dans une position initiale dans laquelle le déphasage entre les vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d correspond à la position zéro du dispositif 7 de mise en vibration. Chaque codeur enregistre alors la position du vibrateur associé. Ainsi, après que les vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d aient été écartés de leur position initiale, pour démarrer la machine 1 il convient de ramener le dispositif 7 de vibrations en position zéro, afin de pouvoir augmenter la vitesse jusqu'à la vitesse déterminée par la puissance de broyage requise sans générer de vibrations. A cet effet, les moteurs 10 mettent en rotation les vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d jusqu'à ce que chaque vibrateur 8a, 8b, 8c, 8d soit ramené en position initiale, avant d'augmenter leur vitesse de rotation. Ainsi, la machine 1 peut être arrêtée brusquement, les vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d étant dans une position avec un déphasage relatif quelconque ; le redémarrage de la machine 1 se fait toujours avec le dispositif 7 de mise en vibrations en position zéro.
  • Comme mentionné ci-dessus, les moteurs 10 peuvent être de type réversible. Ainsi, selon un mode de réalisation, le système 11 de contrôle des moteurs 10 comprend un dispositif 14 de récupération d'au moins une partie de l'énergie générée par chaque moteur 10 en mode générateur. Ainsi, lorsqu'une coupure d'alimentation électrique se produit, au moins un moteur 10, en pratique tous les moteurs 10, passent en mode générateur. L'énergie récupérée peut alors être utilisée par le système 10 de contrôle pour mettre le dispositif 7 de mise en vibrations en position zéro, de sorte que les vibrations de la cuve 3 sont quasi nulles. Ainsi, la vitesse de rotation des vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d diminue progressivement, le dispositif 7 de mise en vibrations étant maintenu en position zéro, sans passer par des fréquences de résonance de la machine 1 qui pourraient la dégrader.
  • Selon un mode de réalisation, l'énergie récupérée par le dispositif 14 de récupération peut être stockée.
  • Selon un autre mode de réalisation, l'énergie récupérée par le dispositif 14 de récupération est directement utilisée par un ou des moteurs 10. Plus précisément, pendant les phases transitoires comprenant notamment les changements de déphasage entre les vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d, comme les moteurs 10 sont reliés à un système de partage de charge, l'énergie électrique générée par le ou les moteurs qui passent en mode générateur peut alors directement être transmise à le ou aux moteurs en mode entraînement. Le système de partage permet ainsi de répartir la puissance entre les moteurs 10 lors des phases transitoires impliquant de très grands écarts de puissance entre les moteurs 10.
  • Eventuellement, le système 11 de contrôle peut comprendre de plus un dispositif 15 de dissipation d'au moins une partie de l'énergie générée par chaque moteur en mode générateur, permettant d'évacuer l'énergie excédentaire et évitant une surcharge sur le système de partage de charge en cas par exemple de freinage rapide.
  • Selon un mode de réalisation, chaque moteur 10 est monté sur le bâti 2 et comprend un arbre 16 moteur, s'étendant longitudinalement, et relié à l'arbre 9a, 9b, 9c, 9d à vibrateur correspondant à l'aide d'une liaison 17 permettant d'entraîner l'arbre 9a, 9b, 9c, 9d à vibrateur en rotation. A cet effet, chaque arbre 9a, 9b, 9c, 9d à vibrateur étant monté en rotation autour d'un axe parallèle à l'axe longitudinal du châssis 4, la liaison 17 entre l'arbre 16 moteur et l'arbre 9a, 9b, 9c, 9d à vibrateur correspondant comprend un accouplement rigide dans le plan transversal. Toutefois, les vibrations longitudinales éventuelles du châssis 4 portant la cuve 3 peuvent dégrader la liaison entre les arbres. Pour éviter cela, la liaison comprend de plus un accouplement souple selon la direction longitudinale, de sorte que l'arbre 9a, 9b, 9c, 9d à vibrateur peut se déplacer selon la direction longitudinale par rapport à l'arbre 16 moteur sur une course maximale déterminée. Cette disposition permet en outre de disposer chaque moteur 10 sensiblement dans l'alignement longitudinal d'un des vibrateurs 8a, 8b, 8c, 8d.
  • Par exemple, la liaison 17 entre l'arbre 16 moteur et l'arbre 9a, 9b, 9c, 9d à vibrateur correspondant comprend une bielle 18 à joint de transmission homocinétique. Il s'agit par exemple d'une bielle 18 à double joint de cardan. La liaison 17 comprend de plus une pièce 19 intermédiaire entre une extrémité de la bielle 18, par exemple l'extrémité côté moteur 10. Cette pièce 19 intermédiaire est formée notamment d'un corps 20 rigide, par exemple métallique, en deux parties 20a, 20b, et d'une bande 21 en matière élastomère fixée à cheval entre les deux parties 20a, 20b du corps 20 rigide. Plus précisément, la bande 21 est de forme annulaire, chacun de ses bords libres étant fixé rigidement sur une des parties 20a, 20b du corps 20 rigide. Une première partie 20a du corps 20 rigide est fixée rigidement à une extrémité de l'arbre 10 moteur, et la deuxième partie 20b est fixée à l'extrémité côté moteur 10 de la bielle 18. La bande 21 en élastomère est suffisamment élastique pour se déformer longitudinalement, autorisant un mouvement relatif longitudinal sur une course déterminée entre l'arbre 10 moteur et l'arbre 9a, 9b, 9c, 9d à vibrateur correspondant. Afin de guider ce déplacement longitudinal, l'une des deux parties, par exemple la première partie 20a, comprend un ergot 22 en saillie longitudinale, et l'autre partie, par exemple la deuxième partie 20b, comprend un perçage 23 longitudinal, complémentaire de l'ergot 22, afin de permettre le glissement avec guidage de l'ergot 22 dans le perçage 23. L'ergot 22 peut être rapporté par fixation rigide sur la première partie 20a, ou être monobloc avec la première partie 20a. La deuxième partie 20b est par exemple en acier, et une bague en bronze auto-lubrifiée est emmanchée à force dans le perçage 23.
  • La liaison 17 autorise ainsi une souplesse dans la transmission de la rotation depuis les arbres 16 moteur vers les arbres 9a, 9b, 9c, 9d à vibrateur absorbant les vibrations de la cuve 3 par rapport au bâti 2. La coopération entre l'ergot 22 et le perçage 23 permet d'éviter des débattements transversaux préjudiciables à la tenue mécanique de la liaison 17.

Claims (13)

  1. Machine (1) de broyage comprenant :
    - un bâti (2),
    - une cuve (3) formant piste (3a) intérieure de broyage, la cuve étant montée sur un châssis (4) mobile en translation au moins dans un plan transversal par rapport au bâti,
    - un cône (5) formant piste (5a) extérieure de broyage et placé à l'intérieur de la cuve (3),
    la machine (1) comprenant en outre un dispositif (7) de mise en vibrations de la cuve (3) par rapport au bâti (2) dans un plan transversal, de sorte que de la matière est broyée entre la piste (3a) intérieure et la piste extérieure (5a) de broyage par le mouvement relatif de la cuve (3) par rapport au cône (5) ;
    le dispositif (7) de mise en vibrations de la cuve (3) comprenant au moins deux vibrateurs (8a, 8b, 8c, 8d) montés sur le châssis (4), la machine (1) étant caractérisée en ce que chaque vibrateur (8a, 8b, 8c, 8d) est mis en rotation autour d'un axe longitudinal du châssis par un moteur (10), chaque moteur (10) entraînant indépendamment les uns des autres le vibrateur auquel il est associé, le dispositif (7) de mise en vibrations de la cuve (3) comprenant en outre un système (11) de contrôle des moteurs (10) et un système (12) de mesure de l'angle de déphasage relatif entre les vibrateurs (8a, 8b, 8c, 8d), de sorte que le dispositif (7) de vibration peut prendre au moins trois positions :
    - une position dite zéro, dans laquelle l'angle de déphasage entre les vibrateurs (8a, 8b, 8c, 8d) est tel que les vibrations de la cuve (3) sont d'amplitude minimale ;
    - une position dite maximale, dans laquelle l'angle de déphasage entre les vibrateurs (8a, 8b, 8c, 8d) est nul, de sorte que les vibrations de la cuve (3) sont d'amplitude maximale ;
    - au moins une position dite intermédiaire, dans laquelle l'angle de déphasage entre les vibrateurs (8a, 8b, 8c, 8d) est tel que les vibrations de la cuve sont d'amplitude intermédiaire entre l'amplitude maximale et l'amplitude minimale,
    le système (11) de contrôle étant apte à faire passer le dispositif de vibrations d'une position à l'autre tout en maintenant la rotation des vibrateurs (8a, 8b, 8c, 8d).
  2. Machine (1) selon la revendication 1, dans laquelle chaque moteur (10) est monté sur le bâti (2) et comprend un arbre (16) moteur s'étendant longitudinalement, et dans laquelle chaque vibrateur (8a, 8b, 8c, 8d) est monté sur un arbre (9a, 9b, 9c, 9d) à vibrateur, une liaison (17) entre l'arbre (16) moteur et l'arbre (9a, 9b, 9c, 9d) à vibrateur correspondant comprenant un accouplement rigide dans le plan transversal, de sorte que l'arbre (9a, 9b, 9c, 9d) à vibrateur est entrainé en rotation par l'arbre (16) moteur et un accouplement souple selon la direction longitudinale, de sorte que l'arbre (9a, 9b, 9c, 9d) à vibrateur peut se déplacer selon la direction longitudinale par rapport à l'arbre (16) moteur sur une course maximale déterminée.
  3. Machine (1) selon la revendication 2 dans laquelle la liaison (17) entre l'arbre (16) moteur et l'arbre (9a, 9b, 9c, 9d) à vibrateur comprend une bielle (18) comportant un joint de transmission homocinétique entre l'arbre (16) moteur et l'arbre (9a, 9b, 9c, 9d) à vibrateur, et comprend une pièce (19) intermédiaire entre la bielle (18) et l'arbre (16) moteur, la pièce (19) intermédiaire comprenant une bande (21) en matière élastomère fixée à cheval entre deux parties (20a, 20b) d'un corps (20) rigide de la pièce (19) intermédiaire, une première (20a) partie étant fixée à une extrémité de l'arbre (16) moteur et une deuxième partie (20b) étant fixée à une extrémité de la bielle (18), l'une de la première partie (20a) et de la deuxième partie (20b) comprenant en outre un ergot (22) en saillie longitudinale coopérant avec un perçage (23) longitudinal de l'autre de la première partie (20a) et de la deuxième partie (20b) pour guider le déplacement de l'arbre (9a, 9b, 9c, 9d) à vibrateur selon la direction longitudinale par rapport à l'arbre (16) moteur.
  4. Machine (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle chaque moteur (10) comprend un mode moteur, dans lequel le moteur (10) consomme de l'énergie pour mettre en rotation le vibrateur (8a, 8b, 8c, 8d) associé, et un mode générateur, dans lequel le moteur (10) génère de l'énergie en freinant le vibrateur (8a, 8b, 8c, 8d) associé.
  5. Machine (1) selon la revendication 4, dans laquelle le système (11) de contrôle des moteurs comprend un dispositif (14) de récupération d'au moins une partie de l'énergie générée par chaque moteur (10) en mode générateur.
  6. Machine (1) selon la revendication 4 ou la revendication 5, dans laquelle le système (11) de contrôle des moteurs comprend un dispositif (15) de dissipation d'au moins une partie de l'énergie générée par chaque moteur (10) en mode générateur.
  7. Procédé de broyage mettant en œuvre une machine (1) de broyage selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant :
    - la mise en position zéro du dispositif (7) de mise en vibrations ;
    - la détermination par le système (11) de contrôle d'un effort de broyage en fonction d'au moins un paramètre de broyage ;
    - l'augmentation de la vitesse de rotation des vibrateurs (8a, 8b, 8c, 8d) jusqu'à une valeur déterminée par l'effort de broyage ;
    - la mise en position relative des vibrateurs (8a, 8b, 8c, 8d) avec un angle de déphasage entre les vibrateurs (8a, 8b, 8c, 8d) déterminé par l'effort de broyage ;
    - l'alimentation en matière à broyer de la machine (1) entre les deux pistes (3a, 5a) de broyage,
    le procédé comprenant en outre, la rotation des vibrateurs (8a, 8b, 8c, 8d) étant maintenue :
    - la détection d'une modification d'au moins un paramètre de broyage ;
    - la détermination d'un nouvel effort de broyage ;
    - la modification d'au moins l'angle de déphasage entre les vibrateurs (8a, 8b, 8c, 8d) en fonction du nouvel effort.
  8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel un paramètre de broyage modifié est la granulométrie de la matière broyée en sortie de la machine (1) de broyage.
  9. Procédé selon la revendication 7 ou la revendication 8, dans lequel un paramètre de broyage modifié est la granulométrie de la matière alimentant la machine (1) de broyage.
  10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel la machine (1) de broyage comprend en outre un capteur de vibrations de la cuve (3) selon la direction longitudinale, et dans lequel la détection d'une modification du paramètre de broyage comprend :
    - la détermination d'un spectre de référence des vibrations longitudinales de la cuve (3),
    - la comparaison entre le spectre de référence et un spectre mesuré par le capteur de vibrations,
    - la quantification d'une différence entre le spectre de référence et le spectre mesuré
    - si la différence quantifiée dépasse une valeur seuil, la confirmation de la détection d'une modification d'au moins un paramètre de broyage de la matière alimentant la machine (1) de broyage.
  11. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la mise en position de démarrage comprend :
    - les vibrateurs (8a, 8b, 8c, 8d) étant à l'arrêt, l'enregistrement d'une position initiale des vibrateurs dans laquelle le déphasage entre les vibrateurs (8a, 8b, 8c, 8d) correspond à la position zéro du dispositif (7) de mise en vibrations ;
    - le déplacement des vibrateurs (8a, 8b, 8c, 8d) ;
    - la mise en rotation des vibrateurs (8a, 8b, 8c, 8d) jusqu'à ce que les vibrateurs (8a, 8b, 8c, 8d) soient dans leur position initiale.
  12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, lorsqu'une coupure d'alimentation matière se produit, le dispositif (7) de mise en vibrations de la cuve (3) est mis dans la position zéro.
  13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la machine (1) est selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, et dans lequel lorsqu'une coupure d'alimentation électrique des moteurs (10) se produit, il comprend :
    - la mise en mode générateur d'au moins un moteur (10),
    - la récupération et le stockage d'au moins une partie de l'énergie de freinage par le dispositif (14) de récupération ;
    - la mise en position zéro du dispositif (7) de mise en vibrations de la cuve (3) en utilisant au moins une partie de l'énergie récupérée dans le dispositif (14) de récupération pour déphaser les vibrateurs (8a, 8b, 8c, 8d),
    - le maintien de la position zéro jusqu'à l'arrêt de la rotation de l'ensemble des vibrateurs (8a, 8b, 8c, 8d).
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