LU88495A1 - Dispositif de suspension pour un corps en rotation - Google Patents

Description

DISPOSITIF DE SUSPENSION POüR ÜN CORPS EN ROTATION

L'invention concerne un dispositif de suspension pour un corps lourd en rotation autour d'un axe sensiblement vertical, telle que par exemple une trémie rotative. Elle concerne plus particulièrement un dispositif de ce genre qui comprend, d'un côté, une bande de roulement métallique définissant une surface annulaire de roulement et, de l'autre côté, au moins n galets, ou n est un entier plus grand que 3, ces n galets étant agencés de façon à prendre appui sur ladite surface de roulement pour supporter ledit corps en rotation.

Un dispositif de ce genre est par exemple connu du document US-A-4,812,100, dans lequel il décrit en relation avec une trémie rotative d'un four à cuve. Une telle trémie rotative pèse, lorsqu'elle est chargée, plusieurs centaines de tonnes. Si on travaillait avec trois galets de support espacés de 120°, chaque galet devrait être dimensionné pour reprendre au moins un tiers du poids de la trémie. Or, on a naturellement intérêt à travailler avec des galets aussi petits que possible. D'où l'idée de travailler avec plus de trois galets. Mais cette idée pose des problèmes en ce qui concerne sa réalisation pratique. En effet, si on analyse le cas où la trémie est supportée par quatre galets espacés de 90°, on se rend compte qu'au lieu de pouvoir dimensionner chaque galet pour reprendre de l'ordre de 25% du poids de la trémie, on doit dimensionner chaque galet pour pouvoir reprendre au moins 50% du poids de la trémie. Ce paradoxe est dû au fait que les quatre galets ne sont en effet jamais strictement alignés dans un même plan.

Dans le document précité on a résolu le problème de la répartition du poids de la trémie sur plus de trois galets en prévoyant quatre paires de galets munis d'une suspension spéciale. Les galets d'une paire sont en effet portés par un essieu pouvant pivoter autour d'un axe radial et chacun des galets est monté dans son essieu à l'aide de paliers flottants équipés de ressorts.

Le problème à la base de la présente invention est de proposer un dispositif du genre décrit dans le préambule qui est beaucoup plus simple que le dispositif décrit dans le document US-A-4,812,100 et qui est quand même apte à corriger sensiblement une répartition inégale du poids dudit corps lourd sur lesdits n galets.

Selon la présente invention ce problème est résolu par des moyens élastiquement compressibles qui sont agencés en-dessous de la bande de roulement de façon que la surface de roulement présente des déformations élastiques autour des points de contact entre les galets et la surface de roulement. Ces moyens élastiquement compressibles sont d'autre part dimensionnés de façon que lesdites déformations élastiques de la surface de roulement soient suffisantes pour sensiblement corriger une répartition inégale du poids dudit corps lourd sur lesdits galets résultant de légers défauts de co-planéité des N galets.

La présente invention a dès lors l'avantage que la suspension des n galets peut être beaucoup plus simple que celle décrite dans le document US-A-4,812,100 tout en garantissant des résultats suffisants du point de vue répartition des charges entre les n galets.

Lesdits moyens élastiquement compressibles pourraient bien entendu être un anneau en matière élastomère qu’on agence en-dessous de la bande de roulement métallique qui définit la surface de roulement. Il sera cependant apprécié que la présente invention propose des moyens élastiquement compressibles qui sont entièrement métalliques. Selon une exécution préférentielle de l'invention ce s moyens élastiquement compressibles comprennent en effet une bande métallique munie de trous oblongs parallèles à la surface de roulement. Il sera apprécié qu'il s'agit d'une solution particulièrement simple à réaliser, qui ne coûte presque rien, qui ne nécessite aucun entretien et qui présente d’excellentes caractéristiques du point de vue déformations élastiques.

Le dispositif selon l'invention comprend avantageusement un cylindre de support qui est coaxial à l'axe de rotation et présente une rigidité élevée, une bride de fixation annulaire supportée par une première extrémité dudit cylindre de support et une bande de roulement fixée sur ladite bride de support. Le cylindre de support présente alors à proximité de la bride de fixation des trous oblongs parallèles à la surface de roulement. Lorsque cette solution est appliquée à une trémie rotative, ledit cylindre de support forme par exemple la paroi cylindrique de la trémie. Il sera encore noté que le chemin de roulement peut être soit solidaire du corps tournant, soit être solidaire de la structure de support.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront déduits de la description détaillée d'un mode d'exécution préférentiel de l'invention, appliqué à titre d'exemple à une trémie rotative d'un haut fourneau, et des dessins ci-annexés, dans lesquels: - la Figure 1 est une élévation d'un haut fourneau équipé d'une trémie rotative munie d'un dispositif de suspension selon l'invention; - les Figures 2 et 3 servent à illustrer le problème à la base de l'invention; ils montrent dans une vue en plan un dispositif avec trois galets de support (Figure 2) ; respectivement quatre galets de support (Figure 3); les Figures 4A et 4B sont des développements linéaires d'un système de suspension avec quatre galets; le système de la Figure 4B représente le système de la Figure 4A après que celui-ci a été rendu conforme à l'invention; - la Figure 5 est une coupe par un plan vertical à travers le dispositif de suspension selon l'invention de la trémie rotative de la Figure l; - la Figure 6 sert à expliquer schématiquement à l'aide de deux diagrammes les déformations de la surface de roulement dans une exécution préférée du dispositif selon 1'invention.

La Figure 1 montre la partie supérieure d'un haut fourneau 10 équipé d'un dispositif de chargement 12 à alimentation centrale. Ce dispositif de chargement 12 comprend notamment une trémie d'attente repérée globalement par la référence 14. Il s'agit d'une trémie rotative qui peut tourner autour de l'axe central 16 du haut fourneau 10, afin d'éviter une alimentation asymétrique d'une trémie d'éclusage 15 située en-dessous de la trémie d'attente 14.

La trémie d'attente 14 est installée sur une plateforme 18 qui est à son tour supportée par une superstructure 20. Cette dernière prend appui sur la paroi 20 du haut fourneau 10. La suspension de la trémie 14 sur la plate-forme 18 est réalisée à l'aide de quatre galets 24 montés sur la plate-forme 18. Ces galets 24 prennent appui sur une bande de roulement annulaire 26 qui entoure la trémie 14 et est solidaire de cette dernière.

Sur la Figure 1 on voit encore que la trémie 14 comprend une partie supérieure, qui comprend une paroi cylindrique 28, et une partie inférieure, qui comprend une paroi tronconique 30. La bande de roulement 26 est fixée au bord inférieur de la paroi cylindrique 28. Ce bord dépasse en effet légèrement vers le bas par rapport au joint entre la paroi cylindrique 28 et la paroi tronconique 30. Une telle trémie 14 d'une installation de chargement 12 d'un haut fourneau 10 pèse, lorsqu'elle est chargée, plusieurs centaines de tonnes. Ce poids doit être repris par les galets de support 24 pour être transmis à travers la plateforme 18 et la superstructure 2 0 sur la paroi 22 du haut fourneau 10.

Le problème à la base de la présente invention sera discuté en se référant aux Figures 2, 3 et 4A. Sur la Figure 2 on voit trois galets de support espacés de 120°. Les axes de rotation des trois galets ont un point d'intersection sur l'axe 16. Il est évident que dans cette disposition les trois galets 24^, 242 et 243 supportent chacun un tiers du poids total de la trémie 14, lorsque le centre de gravité de la trémie est situé sur l'axe 16. A première vue on admettrait par conséquent que dans le cas de la Figure 3 chacun des quatre galets 24^, 242» 243 et 244 aurait à supporter un quart du poids total. En pratique ceci n'est cependant pas le cas. En effet les quatre points Pi, P2, P3 et P4 des galets 24, qui représentent les points de contact potentiel des galets 24^, 242, 243 244 avec la bande de roulement 26, ne sont jamais rigoureusement situés dans un même plan. Il en résulte que le chemin de roulement ne prend appui que sur trois galets. Sur la Figure 4A, qui est un développement linéaire du dispositif de la Figure 3, ce sont les galets 24j, 243 et 244 qui sont en contact avec le chemin de roulement. Sur la Figure 3 on voit que la projection G du centre de gravité de la trémie 14 est située sur la demi-droite [0,p3[ à une distance "e" du point O. On vérifie alors aisément que les réactions aux galets sont les suivantes: R2 = O/* R4 = (2e/D)*P; Rx = R3 = (P/2)*(l - e/D) où D est le diamètre du cercle de roulement 32.

Or, le rapport (e/D) est généralement très petit (en d'autres termes, l'excentricité du centre de gravité G de la trémie 14 est faible) , ce qui entraîne que chacun des quatre galets devrait être dimensionné pour reprendre 50% du poids de la trémie. Il importe en outre de signaler que la bande de roulement 26, qui est fixée sur la surface frontale inférieure du cylindre 28 à axe vertical, peut être assimilée à la semelle d'une poutre quasi infiniment rigide. En d'autres termes, la bande de roulement 26 ne présente quasi pas de déformations.

Sur la Figure 4B on voit le dispositif de suspension à quatre galets de la Figure 4A qui a été modifié en conformité avec l'invention. Il sera noté qu'on a monté la bande de roulement 26 sur un élément élastiquement compressible 32 de façon que la surface de roulement 34 de la bande de roulement 2 6 puisse maintenant présenter des déformations élastiques localement autour des points de contact Pi entre galets 24^ et surface de roulement 26. L'ensemble bande de roulement 26/élément élastiquement compressible 32 a été dimensionné plus spécialement de façon que ces déformations élastiques locales de la surface de roulement 34 à l'endroit des galets 24^ soient suffisantes pour sensiblement corriger une répartition inégale du poids de la trémie 14 sur les quatre galets 24^. Suite à ces déformations locales préprogrammées, la surface de roulement 34 a cédé sous les galets 24i et 243 où, dans la Figure 4A, les réactions R]_ et R3 représentaient chacune environ 50% du poids total de la trémie 14. Dû à ces déformations locales aux galets 24^ et 243 la paroi 28 s'est légèrement affaissée. Le galet 242 est maintenant en contact avec la surface de roulement 34. Parallèlement il y a eu une redistribution notable du poids de la trémie entre les quatre galets. En d'autres termes, l'élément 32 confère à la bande de roulement métallique 26 une capacité élastique suffisante pour corriger l'effet des défauts de co-planéité des quatre galets 24j_ par des déformations locales et ainsi obtenir une meilleure répartition du poids de la trémie 14 sur les quatre galets 24j_.

La Figure 6 représente un élément de la bande compressible 32 intercalée entre la bande de roulement 26 et la paroi cylindrique 28 quasi infiniment rigide. On voit que la compressibilité de la bande 32 est obtenue d'une façon astucieuse, en munissant simplement la paroi cylindrique 28, à proximité de la bande de roulement 26, de trous oblongs 40 qui sont parallèles à la surface de roulement 34. Ces trous 40 sont répartis dans .la paroi 28 avec une symétrie de révolution, de préférence en deux rangées superposées. Il sera noté que les trous oblongs 40 de la rangée supérieure sont décalés par rapport aux trous de la rangée inférieure de façon qu'ils recouvrent la matière entre deux trous successifs de la rangée inférieure. L'effet de cet agencement particulier des trous oblongs 40 sera étudié à l'aide des diagrammes A et B de la Figure 4.

Dans ces deux diagrammes A et B de la Figure 4 l'élément 32 est modélisé par deux poutres idéales 34' et 42' qui sont superposées. La poutre 34' modélise, du point de vue déformations, la surface de roulement 34. La poutre 42' modélise, du point de vue déformations, une fibre 42' située entre les deux rangées de trous oblongs 40. La poutre 34' prend appui sur la poutre 42' à l'aide d'appuis élastiques 44. Ces derniers représentent les espaces (c'est-à-dire la matière de la paroi) entre les trous 40 de la rangée inférieure. Ces espaces sont surplombés par les trous 4 0 de la rangée supérieure et sont dès lors déformables élastiquement en direction de ces trous oblongs. La poutre 42' prend appui sur des appuis rigides 46. Ces derniers représentent la matière de la paroi 28 surplombant les trous 40 de la rangée inférieure.

Le diagramme A présente les deux poutres virtuelles 34' et 42' dans l'état non déformé (réaction R=0). Le diagramme B représente les déformations des deux poutres virtuelles 34' et 42' lorsqu'une importante charge ponctuelle Rmax est appliquée sur la poutre 34' à l'aplomb du premier appui rigide 46. Il est noté qu'entre les appuis 44 la poutre 34' se déforme librement dû à la présence du trou 40 de la première rangée. L'appui rigide 46 qui modélise la paroi quasi infiniment rigide 28 au-dessus de ce trou n'influence pratiquement pas cette déformation. De plus, les appuis élastiques 44 cèdent élastiquement sous la charge R en raison des trous 40 de la rangée supérieure. La somme de ces deux déformations représente la déformation locale de la surface de roulement au point de contact Pi de la force ponctuelle R. Il sera noté que des modèles mathématiques de cette structure à trous oblongs, utilisant par exemple des éléments finis, ont permis de constater qu’on peut atteindre des déformations élastiques locales de la surface de roulement 32 qui sont, dans des cas d’applications concrets, de loin suffisantes pour sensiblement influencer la répartition du poids sur les galets, lorsqu'une trémie du genre décrit plus haut est supportée par plus de trois galets. Ces modèles mathématiques de la structure à tous oblongs ont de plus permis de tirer certaines conclusion quant au dimensionnement des trous oblongs 40. En tenant compte de contraintes pratiques liés à la réalisation de des trous oblongs, on peut résumer ces conclusions comme suit : forme des trous: rectangulaire à extrémités arrondies ; dimensions des trous: la longueur d'un trou correspond de préférence à celle d'un arc de cercle d'un angle inférieur à 10°; la hauteur d'un trou correspond à environ un quart de sa longueur; agencement des trous: deux rangées de trous superposées; la longueur de l'espace entre deux trous successifs d’une rangée représente environ 80% de la longueur des trous; un trou de la deuxième rangée est symétrique par rapport au plan de symétrie de deux trous de la première rangée.

L'homme de l'art sera parfaitement capable d'optimiser, respectivement d'adapter ces paramètres pour chaque cas d'application, en utilisant par exemple un programme d'éléments finis pour modéliser le cas d'application particulier.

D'autres caractéristiques importantes du dispositif proposé seront décrites à l'aide de la Figure 5, qui représente dans une coupe un agrandissement de l'endroit de la trémie 14 qui est entouré par un cercle sur la Figure 1. On voit qu'une bride de fixation annulaire 50 est fixée par soudage à l'élément déformable 32. La bande de roulement 26 est vissée sur cette bride de fixation 50. Elle est d'ailleurs avantageusement divisée en cinq secteurs annulaires de 72° chacun. Ainsi, il n'y a jamais deux galets qui prennent appui sur un même secteur de la bande de roulement, ni deux galets qui sont situés sur un joint entre deux de ces secteurs. Cette segmentation de la bande de roulement 26 en n+1 segments a par conséquent une influence favorable sur la ''pénétration" des réactions des galets dans la surface de roulement 34. Un emboîtement circonférentiel 52 assure par ailleurs un positionnement facile et adéquat des différents segments de la bande de roulement sur la bride 50. Ces segments peuvent en effet être considérés comme des pièces d'usure qui doivent être remplacés régulièrement. La bande de roulement 26 définit une surface de roulement conique 34. Le sommet de cône qui engendre cette surface est situé en-dessous de la surface de roulement sur l'axe de rotation 16. Il sera encore noté que la bande de roulement 26 a avantageusement une section creuse. La surface de roulement des galets 24 est bombée de façon à assurer un contact quasi ponctuel des galets 24 avec la surface de roulement conique 34 le long d'une circonférence de contact. Afin d'assurer une reprise optimale des efforts par l'élément déformable 32, cette circonférence de contact se confond avec la projection de la ligne médiane de la section transversale du cylindre 28 sur la surface de roulement.

L'homme de l'art appliquera aisément l'enseignement de la présente invention à plus de quatre galets. Dans un dispositif du genre de celui de la Figure 1 on travaillera de préférence avec quatre paires de galets espacées de 90°. Sur la plate-forme 18 ces paires de galets sont alors montés aux quatre endroits les plus rigides de la plateforme 18, c'est-à-dire aux noeuds de liaison entre la plate-forme 18 et la superstructure 20.

Le dispositif de suspension selon l'invention a été décrit ci-dessus en se référant à une trémie rotative. Il pourrait cependant être appliqué à d'autres corps lourds en rotation autour d'un axe (par exemple un réservoir, une goulotte de chargement rotative, une plate-forme tournante etc.) lorsqu'il s'agit d'utiliser plus de trois galets de support pour réduire la charge par galet.

Claims (13)

1. Dispositif de suspension pour un corps lourd en rotation autour d'un axe rotation (16) sensiblement vertical, notamment une trémie rotative (14), comprenant d'un côté une bande de roulement métallique (26) définissant une surface annulaire de roulement (34) et de l'autre côté au moins n galets métalliques (24), où n est un entier plus grand que trois, ces n galets (24) étant agencés de façon à prendre appui sur ladite surface de roulement (34) pour supporter ledit corps en rotation (14) autour dudit axe de rotation (16) sensiblement vertical, caractérisé en ce que des moyens élastiquement compressibles (32) sont agencés en-dessous de la bande de roulement métallique (26) de façon que la surface de roulement présente des déformations élastiques autour des points de contact (Pi) entre les galets (24) et la surface de roulement (34) , lesdits moyens élastiquement compressibles (32) étant dimensionnés de façon que lesdites déformations élastiques soient suffisantes pour sensiblement corriger une répartition inégale du poids dudit corps lourd (14) sur lesdits galets (24) résultant de légers défauts de co-planéité des n galets (24).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens élastiquement compressibles comprennent un bande métallique (32) munie de trous oblongs (40) parallèles à la surface de roulement (34).

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisée par un cylindre de support (28) qui est coaxial à l'axe de rotation et présente une rigidité élevée, une bride de fixation annulaire (50) supportée par une premier extrémité dudit cylindre de support (28), une bande de roulement (26) fixée sur ladite bride de support (50), ledit cylindre de support (28) présentant à proximité de la bride de fixation (50) des trous oblongs (40) parallèles à la surface de roulement (34).

4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par aux moins deux rangés de trous oblongs (40) parallèles à la surface de roulement (34), les trous de la première rangée étant décalés par rapport à ceux de la deuxième rangée.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisée en ce que les trous de la deuxième rangée surplombent les espaces entre les trous de la première rangée.

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la longueur des trous oblongs (40) est inférieure à 10°.

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que les extrémités des trous oblongs (40) sont arrondies.

8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que l'agencement des trous oblongs (40) présente une symétrie de révolution autour de l'axe de rotation (16).

9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 8 caractérisé en ce que la bande de roulement (26) a une section creuse.

10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que la bande de roulement (26) est segmentée en n+1 segments annulaires.

11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 10, caractérisé en ce que la circonférence de contact entre la bande de roulement (26) et les galets (24) correspond à la projection de la section transversale dudit cylindre de support.

12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la surface de roulement (34) est une surface conique, le sommet du cône engendrant cette surface étant situé sur l'axe de rotation, et en ce que les galets (24) de roulement ont une surface de roulement (34) bombée convexement.

13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le chemin de roulement (34) est solidaire du corps en rotation (14), et en ce que les galets (24) sont fixés rigidement sur une plate-forme de support (18).