FR2723705A1 - Dispositif de broyage pour la production de particules en forme de prismes et en particulier en forme de cubes a partir de materiaux pouvant etre coupes - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne le broyage de matériaux. Selon la présente invention le dispositif comprend deux rotors à couteaux concentriques dont le rotor à couteaux intérieur 6 est équipé d'organes de coupe 15, 16 découpant les tranches et les bandes. Le rotor à couteaux extérieur 5 est équipé de plusieurs couteaux 20 en forme de plaques qui découpent les bandes de matériau en travers produisant ainsi des particules ayant la longueur requise. A l'intérieur du rotor à couteaux intérieur 6 est prévu un système de guidage qui positionne les blocs de matériau pour la coupe au niveau des organes de coupe 15, 16 tout en les pressant contre.
Description
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Dispositif de broyage pour la production de particules en forme de prismes et en particulier en forme
de cubes à partir de matériaux pouvant être coupés.
L'invention concerne un dispositif pour le broyage de matériaux pouvant être coupés, en particulier d'origine animale ou végétale, permettant la production de particules homogènes ayant essentiellement la forme de prismes, de
préférence la forme de cubes.
Ce type de broyeur est utilisé entre autres dans l'industrie alimentaire pour la production de cubes de viandes pour les plats prêts à consommer tel le goulasch (ragoût hongrois) mais aussi dans l'industrie des aliments pour animaux, par exemple pour les chiens et les chats. Il peut également être utilisé pour la transformation de produits végétaux comme par exemple l'obtention de sucre à partir de betteraves. Dans ce cas des particules longues en forme de prismes sont préférables car pour le procédé d'extraction une grande surface des particules par rapport
à leur masse est avantageuse.
Le brevet allemand DE 27 19 891 C2 décrit déjà une machine produisant des cubes à partir de viande congelée dans laquelle un cylindre rotatif porte des couteaux dont les dimensions axiales et radiales définissent les deux dimensions des sections b et 1 des cubes produits. Par contre la troisième dimension des cubes, la dimension d, est prédéterminée par l'épaisseur des tranches de matériau
alimentées et ayant un calibre correspondant.
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Le brevet européen EP 0 194 341 B1 décrit une machine produisant des cubes à partir de viande congelée et dont le cylindre rotatif est équipé de couteaux principaux et de couteaux inciseurs alternant respectivement. Les couteaux inciseurs entaillent la tranche de matériau alimentée continuellement de façon parallèle. Sur ce les couteaux principaux découpent les bandes de matériaux ainsi formées en particules cubiques. Ici aussi la troisième dimension d du cube est définie par l'épaisseur des
tranches de matériaux alimentées.
Une "cubeuse" semblable est également décrite dans le brevet européen EP 0 363 220 B1. Dans ce brevet, une bande transporteuse horizontale débouche sur un premier cylindre à couteaux constitué de disques- couteaux ayant le même écart entre eux. Ce cylindre à couteaux travaille avec un tambour d'alimentation qui forme avec lui un écart d'introduction. Le cylindre travaille également avec un rouleau d'avance placé en amont. Le premier cylindre à couteaux découpe les tranches de matériau alimentées et ayant la même épaisseur d en bandes de même largeur. Ces bandes sont ensuite coupées en travers par un deuxième cylindre à couteaux équipé de couteaux parallèles à l'axe en collaboration avec une arête de cisaillement fixe. Les bandes sont ainsi transformées en particules cubiques de
même longueur.
Ces trois cubeuses connues ont ainsi en commun que les organes de coupes ne définissent que les deux longueurs d'arêtes b et 1 des particules cubiques produites tandis que la troisième longueur d'arête d est prédéterminée par
l'épaisseur régulière des tranches de matériau alimentées.
Ces "cubeuses" connues nécessitent donc un dispositif de calibrage supplémentaire qui lors d'une première coupe de
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dimension produit des tranches d'épaisseur égale d à partir
des blocs fournis.
La brochure publicitaire de la société URSCHEL à Valparaiso, Etat de l'Indiana aux USA, décrit aussi déjà à la page 64 une cubeuse modèle SL-A qui transforme en cubes uniformes le produit préparé en forme de blocs de matériaux pouvant être traités par une machine (comme par exemple la viande) et ce en une opération regroupant trois coupes successives à trois dimensions. Cette machine est constituée pour l'essentiel d'un tambour-entraîneur logé à l'horizontal dans une chambre de coupe et pourvu à l'intérieur de pales entraineuses. Celles-ci accélèrent les blocs de matériau alimentés jusqu'à ce qu'ils aient atteint la vitesse de rotation des pales de telle sorte que suite à l'effet de la force centrifuge, les blocs sont pressés contre la paroi intérieure de la chambre fixe en forme de cercle et amenés à un disque à couteaux placé en travers au niveau de l'ouverture d'évacuation. Ce disque découpe les
blocs de matériau en tranches ayant la même épaisseur d.
Ces tranches de matériau ayant la même épaisseur arrivent ensuite dans la zone d'action d'un cylindre à couteaux composés de disques à couteaux équidistants. Ces disques en collaboration avec deux rouleaux d'introduction découpent
les tranches de matériau en bandes ayant la même largeur b.
Sur ces bandes agit ensuite un autre cylindre à couteaux équipé de couteaux pour coupe en travers qui découpent les bandes en particules cubiques dont la longueur 1 est égale
à l'épaisseur de tranche d et à la largeur de bande b.
Cette "cubeuse" connue produit certes un produit de forme cubique assez régulière mais les six rotors requièrent une construction fastidieuse qui n'est pas en relation
raisonnable avec le faible débit de la cubeuse.
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Aussi le but de l'invention est de parvenir à un dispositif pour la production de particules en forme de prismes à partir de blocs de matériaux pouvant être traités par une machine. Tout en étant de construction simple et compacte le dispositif doit permettre d'atteindre un débit accru tout en produisant de façon constante un produit de haute qualité. Un autre but du broyeur selon cette invention est le fait qu'il doit être utilisable pour de nombreux emplois. Bien qu'à l'origine la machine ait été développée pour la transformation de blocs de viande congelés en particules en forme de prisme et qu'elle ait fait ses preuves dans ce domaine, elle doit également être utilisable pour le traitement de produits agricoles tels les betteraves à sucres ou les pommes de terre ainsi que pour les produits industriels tels le caoutchouc et les
matières plastiques.
Ce but est atteint à l'aide d'un dispositif pour le broyage de matériaux pouvant être coupés, en particulier d'origine animale ou végétale, destiné à la production de particules homogènes essentiellement en forme de prisme, de préférence en forme de cubes et ayant des longueurs d'arêtes définies, le dispositif comprenant un système de coupe rotatif effectuant une coupe en trois dimensions dont les organes de coupe pèlent des blocs de matériaux des tranches d'une épaisseur qui sont ensuite découpées dans le sens de la longueur en bandes ayant une largeur et ces bandes enfin coupées en travers pour obtenir des particules en forme de prismes d'une longueur, caractérisé en ce que le système de coupe rotatif est constitué de deux rotors à couteaux concentriques dont le rotor intérieur est pourvu à plusieurs reprises sur son pourtour intérieur d'organes de coupe effectuant la coupe des bandes et des tranches tandis que le rotor extérieur est pourvu à intervalles réguliers
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d'organes de coupe effectuant la coupe en travers, des organes de guidage, qui avec la force d'appui positionnent les blocs de matériau sur l'intérieur du rotor à couteaux pour la coupe étant prévus dans l'espace intérieur du rotor à couteaux intérieur. Grâce à cette invention, c'est-à-dire à la disposition concentrique de deux rotors à couteaux et grâce à l'équipement répété du rotor à couteaux intérieur avec les organes de coupe pour les tranches et les bandes ainsi que du rotor à couteaux extérieur avec les organes de coupe pour la coupe transversale on obtient non seulement une construction simple et compacte du broyeur mais aussi une augmentation considérable du débit. Dans cette cubeuse les organes de guidage prévus à l'intérieur du rotor intérieur mettent les blocs de matériau en place au niveau des organes de coupe du rotor à couteaux intérieur avec la force d'appui nécessaire pour la succession des coupes à
deux dimensions.
Le brevet allemand 11 63 039, le document de mise à la connaissance du public 11 97 667 et la demande de brevet 31 23 392 A 1 décrivent déjà des dispositifs de broyage pour produits agricoles dans lesquels un rotor à couteaux en forme de couronne est équipé de couteaux orientés vers
l'intérieur effectuant la coupe de pelage des tranches.
Cependant la différence fondamentale par rapport à l'invention réside dans le fait que là les organes de coupe pour la coupe des bandes sont placés hors du rotor à couteaux dans un support fixe distinct. En conséquence, il manque à ce niveau la force pressant les blocs de matériau contre les organes de coupe particulièrement nécessaire pour la coupe des bandes, ce qui rend ce type de dispositif de coupe connu à la rigueur utilisable pour des matériaux
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dont la consistance ne requière qu'une force de coupe moindre comme c'est le plus souvent le cas pour les produits agricoles. Pour les matériaux ayant une plus grande consistance, comme par exemple la viande congelée, ces dispositifs ne sont pas utilisables. Une autre caractéristique de cette invention consiste donc dans le fait que les organes de coupe pour la coupe des bandes placés comme un peigne devant les canaux de passage, vue dans le sens de rotation du rotor à couteaux, sont situés juste avant les organes de coupe effectuant les coupes raclant les tranches. En conséquence, selon l'invention, les incisions en forme de bandes sont effectuées dans les blocs de matériaux avant qu'aient lieu les coupes raclant les tranches. Ainsi la force d'appui orientée radialement contre l'intérieur du rotor à couteaux et agissant sur les blocs de matériau peut encore être entièrement déployée pour la coupe des bandes qui va de pair avec un considérable déplacement du matériau. Cette caractéristique de l'invention la distingue fondamentalement de l'ensemble des règles de l'art connues à ce jour et selon lesquelles les blocs alimentés sont toujours d'abord découpés en tranches de même épaisseur d qui alors seulement sont redivisées en bandes de même
largeur b.
Une autre caractéristique avantageuse de l'invention réside dans le fait que les organes de coupe pour la coupe des bandes sont constitués de lames de cisaillement ayant le même écart entre elles et disposées selon des plans radiaux parallèles comme les dents d'un grand peigne, les tranchants des lames étant inclinés selon
un angle plat ascendant à l'encontre du sens de rotation.
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Cette ascension plate des tranchants des lames de cisaillement permet d'effectuer une coupe oblique qui conjointement avec la force d'appui radiale exercée sur les blocs de matériau génère des bandes de largeur b parfaitement séparées les unes des autres qui sont alors seulement séparées des blocs de matériaux par la coupe ou le pelage des tranches effectués ensuite seulement et ayant
l'épaisseur d.
Une autre forme de réalisation de l'invention est caractérisée par le fait que la paroi intérieure du rotor à couteaux intérieur est subdivisée en plusieurs sections périphériques situées entre les organes de coupe. Ces parties périphériques remontent, à l'encontre du sens de rotation, en spirale vers l'extérieur jusqu'aux organes de coupe conformément à l'épaisseur de tranche d devant être pelée. Cette forme de réalisation garantit le pelage des bandes de matériau en question en épaisseurs d égales. Ce faisant, de considérables forces d'appui exercées radialement sur les blocs de matériau sont également nécessaires pour faire glisser les blocs de matériau le long des parties de parois en forme de spirale du rotor à
couteaux tout en les maintenant très près des parois.
Pour la production des forces d'appui nécessaires à ces deux coupes à deux dimensions et maintenant les blocs de matériau sans cesse pressées radialement contre le rotor à couteaux intérieur, l'invention propose deux alternatives. L'une consiste en un organe de guidage qui est constitué d'une glissière fixe dont le flanc actif est incliné vers le rotor à couteaux intérieur dans son sens de rotation, cette glissière étant de préférence courbée comme une spirale d'Archimède et forment en même temps avec le rotor à couteaux intérieur un canal de guidage se
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rétrécissant progressivement dans le sens de rotation.
Suite au rétrécissement continu du canal de guidage, le rotor à couteaux produit lui-même, par ses forces de coupe agissant comme forces propulsives, les forces d'appui nécessaires pour les coupes à deux dimensions des bandes et des tranches. Ce faisant il génère pour ainsi dire lui-même les forces d'appui qui conviennent à la consistance des
blocs de matériau respectivement traités.
Selon une autre caractéristique, la glissière fixe échangeable est placée sur la face intérieure de la porte de carter. Etant donné que, comme il sera explicité plus tard, certaines caractéristiques du produit sont déterminantes pour le gradient de courbure de la glissière en forme de spirale, lorsqu'un autre matériau doit être traité, la glissière peut rapidement être échangée contre une autre glissière dont la forme de la spirale est plus
adaptée au matériau à traiter.
L'autre alternative proposée par l'invention pour produire la force d'appui nécessaire est une organe de guidage constitué de pales de guidage qui font partie d'un rotor-entraîneur logé concentriquement dans le rotor à couteaux intérieur et dont le flanc actif est incliné par
rapport à la tangente de la périphérie selon un angle 6.
Selon l'invention les organes pour la coupe en travers disposés sur le rotor à couteaux extérieur sont constitués de couteaux en forme de plaques qui sont inclinés selon un angle par rapport à la tangente de la périphérie et dont les tranchants sont essentiellement parallèles à l'axe. La fréquence de coupe résulte de la combinaison de leur nombre avec les vitesses de rotation du rotor n1 et n2 pouvant être choisies et détermine la
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troisième dimension 1 des particules de forme prismatique produites. Enfin, les organes de coupe pour les coupes des tranches et des bandes ainsi que les canaux de passage correspondants forment une unité compacte du type "cassette" qui peut être échangée dans le rotor à couteaux intérieur comme un tiroir. Ceci permet un échange rapide des groupes de couteaux, ce qui est nécessaire non seulement à cause de l'usure mais aussi lorsque la production requière d'autres dimensions des particules en
forme de prisme.
D'autres détails de l'invention sont explicités
dans la description suivante d'un exemple de forme de
réalisation qui fait référence plus spécialement au broyage de blocs de viande congelée en vue de l'obtention de particules en forme de prisme. Sont représentées par la Fig. 1 une vue de face de la machine conforme à la présente invention avec un système de guidage mobile, Fig. 2 une vue en coupe suivant le ligne II-II de la Fig. 1 à plus grande échelle, Fig. 3 une vue en coupe suivant la ligne III-III de la Fig. 2 du système de coupe à rotor conçu selon l'invention, Fig. 4 un détail de la Fig. 3 à plus grande échelle,
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Fig. 5 une vue en perspective du système de coupe à rotor conçu selon l'invention, sans système de guidage, Fig. 6 une vue de face de la machine avec système de guidage fixe conforme à l'invention avec une vue partielle de l'intérieur de la machine, Fig. 7 la disposition du système de guidage fixe sur la paroi intérieure de la porte de carter, Fig. 8 la cassette de couteaux échangeable avec le groupe de couteaux pour les coupes de tranches et de bandes, Fig. 9 les trois variantes a, b, c, de la glissière courbée du système de guidage fixe, Fig. 10 une vue en perspective d'une particule en forme
de prisme produite selon l'invention.
Dans un carter de machine 1 ayant une porte frontale pivotante 2 avec une trémie d'alimentation 3 intégrée pour l'alimentation des blocs de viande congelée 22 est logé un système de coupe 4 rotatif complet (voir Fig. 5). Ce système de coupe est constitué d'un rotor à couteaux extérieur 5, qui entoure un rotor à couteaux intérieur 6 disposé concentriquement par rapport au rotor 5. Le rotor 6 tourne à la vitesse n1 en sens inverse du sens de rotation du rotor à couteaux extérieur 5 tournant à
la vitesse n2.
Comme représenté sur la Fig. 2, le rotor à couteaux intérieur 6 est logé dans la paroi arrière 10 du carter 1 à
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l'aide d'un arbre creux 8 à travers lequel passe l'arbre d'entraînement 9 pour le rotor-entraîneur 7 du système de guidage mobile tournant à la vitesse de rotation n3. Le rotor à couteaux extérieur 5 est logé dans un palier annulaire 11 fixé à la paroi arrière 10 du carter. Il est entraîné par un pignon 12 qui s'enclenche dans une couronne
dentée 13 reliée au rotor à couteaux extérieur 5.
Comme illustré par les Fig. 3 et 4, plusieurs canaux de passage 14 sont répartis uniformément sur le pourtour du rotor à couteaux intérieur 6 à l'embouchure desquels une grille en forme de peigne constituée de lames de cisaillement 16 en forme de plaquettes est prévue pour la coupe des bandes et à laquelle succède immédiatement un couteau 15 en forme de plaque prévu pour la coupe ou le
pelage des bandes.
Dans le cas du système de guidage mobile, le matériau à broyer, dans ce cas les blocs de viande congelée 22 traités pour pouvoir être transformés par une machine, sont amenés au groupe de coupe 15, 16 par les pales de guidage 17 du rotor entraîneur 7 par une pression exercée radialement et produite par l'effet de centrifuge. La paroi intérieure du rotor à couteaux intérieur 6 présente entre les groupes de coupe 15, 16 des sections périphériques 18 grimpant vers l'extérieur en forme de spirale jusqu'à l'écart d du cercle de couteaux 19 et ce à l'encontre du sens de rotation. Cet écart d est égal à l'épaisseur de tranche d devant être pelée des blocs de viande 22. Ce faisant les blocs de viande glissent sans cesse le long des sections de paroi 18 en forme de spirale du rotor à couteaux intérieur 6 tout en étant soumis à une certaine pression. Les écarts respectifs b entre les lames de cisaillement 16 agencées en forme de plaquettes (voir Fig.
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) sont égaux et correspondent à la largeur b des bandes de matériau produites par les lames de cisaillement 16 et ainsi aussi à la largeur b des particules 23 en forme de
prisme produites.
Le rotor à couteaux extérieur 5 est équipé de couteaux 20 pour coupe en travers en forme de plaques également répartis uniformément sur son pourtour. Ces couteaux divisent les bandes de matériau débouchant des canaux de passage 14 à la périphérie du rotor à couteaux intérieur 6 en particules 23 en forme de prisme dont la troisième dimension 1 résulte de la fréquence de coupe du
rotor à couteaux extérieur 5.
La Fig. 4 représente une partie agrandie de la Fig. 3 qui montre les détails de la géométrie de coupe dans le cas du système de guidage mobile. Les couteaux 15 en forme de plaque et coupant les tranches sont alors inclinés par rapport à la tangente de la périphérie selon un angle a et leur tranchant sont essentiellement parallèles à l'axe. Le gradient des tranchants des lames de cisaillement 16 formant un peigne et effectuant la coupe des bandes dans les blocs 22 de viande forme avec la tangente de la périphérie un angle 3 légèrement ascendant à l'encontre du sens de rotation. Le flanc actif 17' des pales de guidage 17 rotatives est incliné par rapport à la tangente de la
périphérie selon un angle .
Enfin les couteaux pour coupe en travers 20 en forme de plaque du rotor à couteaux extérieur 5 forment avec la tangente de la périphérie sur le pourtour du rotor à couteaux intérieur 6 un angle d'inclinaison plat 6. Dans la pratique, les valeurs suivantes se sont avérées être les plus propices:
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a entre 25 et 30 degrés; B entre 10 et 20 degrés
Jr entre 40 et 50 degrés; S entre 20 et 30 degrés.
En outre la Fig. 4 montre que les groupes de coupe pour les coupes des tranches et des bandes, c'est-à-dire les couteaux 15 en forme de plaques et les lames de cisaillement 16 formant un peigne, sont regroupés avec les canaux de passage 14 correspondant dans une unité de construction échangeable sous forme d'une cassette à couteaux 21 insérable dans le rotor à couteaux intérieur 6 et représentée à la Fig. 8. Elle permet un échange rapide des groupes de couteaux ce qui est nécessaire à cause de l'usure mais aussi quand il s'agit de changer les
paramètres de production.
Dans le cas du système de guidage fixe représenté par les Fig. 6 et 7 le rotor-entraîneur 7 du système de guidage mobile est remplacé par une glissière fixe 24 qui est fixée sur la face intérieure 25 de la porte de carter 26 de telle sorte qu'elle peut être échangée et de telle sorte que quand la porte est fermée la glissière fait
saillie dans l'intérieur du rotor à couteaux intérieur 6.
Le flanc actif de la glissière est incliné vers le rotor à couteaux intérieur 6 dans le sens de la rotation. Comme illustré par les Fig. 6, 7 et 9, le flanc actif en forme de spirale est courbé de telle sorte qu'il forme avec la paroi intérieure cylindrique du rotor à couteaux intérieur 6 un canal de guidage 27 se rétrécissant progressivement dans le sens de rotation. Dans l'embouchure 28 du canal de guidage 27 débouche la goulotte d'alimentation 29 fixée de façon excentrique à la porte de carter 26 et d'o les blocs de viande 22 glissent dans le canal de guidage 27 à une vitesse initiale vo. Là ils sont saisis par les organes de
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coupe 15, 16 du rotor à couteaux 6 et accélérés en plus dans le sens de rotation par la force de coupe Fs ayant un effet de force propulsive. Ce faisant les blocs de viande glissent sur la glissière 24 courbée en forme de spirale et exercent une pression constante sur la paroi intérieure cylindrique équipée des organes de coupe 15, 16 du rotor à couteaux intérieur 6 suite au fait que le canal de guidage 27 se rétrécit progressivement et provoque un effet de coin. Cette force d'appui générée de façon autonome par le rotor à couteaux 6 a pour effet que les blocs de viande 22 glissent de très près le long des sections de paroi 18 s'inclinant vers l'extérieur en forme de spirale du rotor à couteaux 6 aux extrémités respectives desquelles ils sont entaillés par le peigne formé par les lames de cisaillement 16 sur une profondeur qui correspond à l'épaisseur de
tranche d coupée immédiatement après par les couteaux 15.
Pour la glissière 24 les courbures selon la forme de la spirale d'Archimède dont les gradients e, comme l'illustre la Fig. 9 pour les cas a, b et c, peuvent être adaptées aux caractéristiques de produit déterminantes telles la consistance et le coefficient de friction, se sont avérées judicieuses. L'importance des forces d'appui générées par les effets de coin dans le canal de guidage 27 se rétrécissant ne peut être estimée qu'approximativement par le raisonnement suivant: Si à un point P de la glissière 24 en forme de spirale on applique la tangente tsp et si on lui octroie au même endroit la tangente de cercle tkr, les deux tangentes décrivent l'angle de différence e qui correspond en gros à l'angle de coin actif
de l'actuel coincement de bloc dans le canal de guidage 27.
La force de coupe Fs agissant comme force propulsive exercée constamment par les organes de coupe 15, 16 du rotor à couteaux 6 sur les blocs de matériau 22 représente
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la résistance opposée par les blocs de matériau à la pénétration des tranchants de couteaux suite au déplacement de matériau. Il est évident que plus la consistance du matériau des blocs à traiter est élevée, plus la résistance et ainsi aussi la force de coupe Fs est élevée. Dans le canal de guidage 27 se rétrécissant progressivement cette force de coupe Fs produit, en raison de la loi de coin connue, en tant que force propulsive une force normale Fn qui débute à la glissière 24 en forme de spirale et s'exerce en direction de la verticale de sa tangente. Cette force Fn presse les blocs de matériau contre la paroi intérieure du rotor à couteaux 6 selon le rapport de coin connu: Fn = Fs: sin e; ainsi Fn/Fs = 1/sin E = a, a étant le facteur d'amplification s'appliquant aux forces normales Fn pressant les blocs de matériau 22 contre le rotor à couteaux 6 par rapport à la force de coupe Fs qui l'engendre. Ces rapports entre les forces sont illustrés par la Fig. 9 pour les trois variantes a, b, c de la glissière 24 en forme de spirale. Il en ressort que moins la glissière 24 est courbée, c'est-à- dire plus son gradient de courbure
e est petit, plus le facteur d'amplification a est grand.
Ainsi pour des produits à haute consistance, donc des produits qui engendrent de hautes forces de coupe Fs et dont fait certainement partie la viande congelée, la forme de réalisation de la glissière 24 en forme de spirale selon la variante c serait la plus propice. Par contre la variante de spirale a est plus propice pour des produits à faible consistance qui engendrent des forces de coupe moindres comme par exemple les betteraves à sucre. Ainsi le
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constructeur doit déterminer le gradient de courbure e pour la glissière 24 en forme de spirale le plus propice à la consistance du produit à traiter afin de maintenir les forces de réaction exercées sur la glissière 24 dans des marges contrôlables. Un autre aspect dont le constructeur doit tenir compte lors de la conception de la glissière 24 en forme de spirale découle de la question: dans quelles circonstances les blocs de matériau 22 peuvent bloquer le canal de guidage 27 suite à la friction. Ceci est le cas quand la
force de friction Fr dépasse la force propulsive Fs, c'est-
à-dire quand Fr =. Fn k Fs, g étant le coefficient de friction respectif d'un bloc de matériau 22 sur une surface d'appui en acier. Il en résulte qu'avec Fn = a. Fst, le coefficient de friction critique, c'est-à-dire le coefficient de friction maximal permis pour les blocs de matériau respectifs, est de 4kr = 1/a = sin e. En conséquence, plus le gradient de courbure e de la glissière 24 en forme de spirale est petit, plus il y a risque de blocage dû à la friction. Les coefficients de friction critiques indiqués à la Fig. 9 pour les trois formes de spirales objets de l'étude montrent qu'il n'y a guère à craindre un blocage des blocs de viande sur de l'acier compte tenu de leur coefficient de friction extrêmement faible. Cependant, lors de la transformation de produits industriels pouvant être coupés comme le caoutchouc et les matières plastiques pour lesquels le broyeur selon l'invention est également utilisable, les valeurs limites 9kr indiquées peuvent être
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dépassées de telle sorte que pour ces produits il faut aussi tenir compte du problème de blocage causé par la friction lors de la conception de la glissière 24 en forme
de spirale.
Enfin, les raisonnements théoriques faits en
s'aidant de la Fig. 9 permettent les déductions suivantes.
La durée de séjour d'un bloc de matériau dans le canal de guidage 27 se rétrécissant progressivement est égale au temps qu'il faut au rotor à couteaux 6 pour le broyer complètement. En conséquence, la durée de séjour dans le canal 27 de blocs de matériau de même épaisseur est le même pour toutes ses variantes ce qui a pour autre conséquence que plus le canal de guidage est long, plus la vitesse de passage des blocs de matériau dans lecanal de guidage est élevée. Etant donné que la vitesse de coupe se présente comme la différence entre la vitesse de rotation des organes de coupe 15, 16 et la vitesse du matériau dans le canal de guidage, elle est d'autant plus grande plus le canal de guidage 27 est court, autrement dit plus le gradient de courbure e de la glissière 24 en forme de spirale est grand. Il est en outre aisément concevable que plus il y a de blocs de matériau saisis simultanément par les organes de coupe 15, 16 du rotor à couteaux 6 plus le débit de matériau est élevé. Par voie de conséquence, plus le gradient de courbure e de la glissière 24 en forme de
spirale est petit, plus le débit de matériau est élevé.
Il est en outre évident que le système de guidage fixe constitué par la glissière 24 en forme de spirale est sous bien des aspects plus avantageux que le système de guidage mobile constitué du rotor- entraîneur 7. D'une part, comme un troisième rotor n'est pas nécessaire, la construction est simplifiée et la consommation énergétique
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diminuée. D'autre part, des chocs importants incontrôlés sur les blocs de matériau alimentés sont évités ce qui permet de réduire la proportion de fines indésirée dans le produit de forme prismatique produit. Enfin la force d'appui pressant les blocs de matériau contre l'intérieur du rotor à couteaux 6 indispensable pour une coupe parfaite des organes de coupe 15, 16 est maintenue jusqu'à ce que les blocs soient complètement broyés. Ce faisant la force d'appui optimale est donnée automatiquement par la
consistance respective des blocs de matériau.
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Claims (9)
1. Dispositif pour le broyage de matériaux pouvant être coupés, en particulier d'origine animale ou végétale, destiné à la production de particules homogènes essentiellement en forme de prisme, de préférence en forme de cubes et ayant des longueurs d'arêtes (d, b, 1) définies, le dispositif comprenant un système de coupe rotatif effectuant une coupe en trois dimensions dont les organes de coupe pèlent des blocs de matériaux des tranches d'une épaisseur (d) qui sont ensuite découpées dans le sens de la longueur en bandes ayant une largeur (b) et ces bandes enfin coupées en travers pour obtenir des particules en forme de prismes d'une longueur (1), caractérisé en ce que le système de coupe rotatif (4) est constitué de deux rotors à couteaux (5,6) concentriques dont le rotor intérieur (6) est pourvu à plusieurs reprises sur son pourtour intérieur d'organes de coupe (15,16) effectuant la coupe des bandes et des tranches tandis que le rotor extérieur (5) est pourvu à intervalles réguliers d'organes de coupe (20) effectuant la coupe en travers, des organes de guidage (17, 24), qui avec la force d'appui positionnent les blocs de matériau (22) sur l'intérieur du rotor à couteaux pour la coupe étant prévus dans l'espace intérieur
du rotor à couteaux intérieur (6).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les organes de coupe répartis sur l'intérieur du rotor à couteaux intérieur (6) pour effectuer la coupe des tranches sont constitués de couteaux en forme de plaque (15) qui sont inclinés selon un angle (a) par rapport à la tangente de la périphérie et dont les tranchants ont essentiellement une orientation parallèle à
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l'axe, devant ces couteaux en forme de plaque étant placés des canaux de passage (14) s'étendant en travers des couteaux et à l'entrée desquels sont placés les organes de coupe (16) en forme de peigne pour la coupe des bandes, les organes de coupe (20) qui effectuent la coupe en travers passant à ras la sortie des canaux à la périphérie du rotor
à couteaux intérieur (6).
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les organes de coupe pour la coupe des bandes sont constitués de lames de cisaillement (16) ayant le même écart (b) entre elles et disposées selon des plans radiaux parallèles comme les dents d'un grand peigne, les tranchants des lames étant inclinés selon un angle plat
(B) ascendant à l'encontre du sens de rotation.
4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que la paroi intérieure du rotor à couteaux intérieur (6) est divisé en sections périphériques (18) réparties entre les organes de coupe (15,16) et qui ont une forme de spirale ascendante vers l'extérieur à l'encontre du sens de
rotation jusqu'à l'épaisseur de tranche à peler (d).
5. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'organe de
guidage pour les blocs de matériau (22) placé dans l'espace intérieur du rotor à couteaux (6) est constitué d'une glissière fixe (24) dont le flanc actif est incliné vers le rotor à couteaux intérieur (6) dans son sens de rotation, cette glissière étant de préférence courbée comme une spirale d'Archimède et forment en même temps avec le rotor à couteaux intérieur un canal de guidage (27) se
rétrécissant progressivement dans le sens de rotation.
21 2723705
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la glissière fixe (24) fixée à la face intérieure (25) de la porte (26) de carter est échangeable.
7. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les organes de
guidage pour les blocs de matériau (22) placés dans l'espace intérieur du rotor à couteaux intérieur (6) sont constitués de pales de guidage (17) qui font partie d'un rotor-entraîneur (7) logé concentriquement dans le rotor à couteaux intérieur (6) et dont le flanc actif (17') est incliné par rapport à la tangente de la périphérie selon un angle Y'
8. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce que les
organes pour la coupe en travers disposés sur le rotor à couteaux extérieur (5) sont constitués de couteaux en forme de plaques (20) qui sont inclinés selon un angle (d) par rapport à la tangente de la périphérie et dont les
tranchants sont essentiellement parallèles à l'axe.
9. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce que les
organes de coupe (15,16) pour les coupes des tranches et des bandes ainsi que les canaux de passage (14) correspondants forment une unité compacte (21) du type "cassette" qui peut être échangée dans le rotor à couteaux
intérieur (6) comme un tiroir.
22 2723705
rapport à la tangente de la périphérie et dont les
tranchants sont essentiellement parallèles à l'axe.
9. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce que les
organes de coupe (15,16) pour les coupes des tranches et des bandes ainsi que les canaux de passage (14) correspondants forment une unité compacte (21) du type "cassette" qui peut être échangée dans le rotor à couteaux
intérieur (6) comme un tiroir.
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| DE4429181 | 1994-08-17 | ||
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| FR2723705B1 FR2723705B1 (fr) | 1997-11-14 |
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