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6.3.2.1. Vis d'Archimède
Les vis sont des matériels très courants pour la manutention des grains. Elles se composent d'une spirale (filet hélicoïdal) entraînée en rotation dans un carter ouvert (vis en auge) ou fermé (vis sous tube).
VIS EN AUGE
a) DESCRIPTION GÉNÉRALE
La vis est constituée à partir d'un axe sur lequel est soudée la spire mise en forme à partir d'une tôle plane continue avec une machineoutil spécifique.
L'écrouissage du métal lors de son passage dans la machine améliore la résistance mécanique de l'acier, sa tenue à l'abrasion et réduit son coefficient de frottement, donc la puissance nécessaire.
L'axe doit être soigneusement choisi par le fabricant pour transmettre sans torsion l'effort nécessaire au transport du produit et rester rectiligne. La longueur unitaire des axes est de 3 à 4 m en général.
La vis est placée dans une auge en tôle épaisse en forme de U et recouverte par une tôle mince pour éviter l'émission de poussières. Le niveau du produit ne doit pas dépasser l'axe de la vis (45 % de la section d'auge). Avec les produits difficiles, on travaille sur 1/3, voire 1/4 seulement de la section. En général, les vis en auge sont surtout employées pour des manutentions horizontales; toutefois elles peuvent travailler jusqu'à des inclinaisons de 25-30°, voire 451, mais alors au détriment du débit (diminution de 1/3 environ) et en l'équipant avec des filets spéciaux (filet court).
La vitesse de rotation recommandée est très variable selon le produit transporté. Aux États-Unis, sur les grains, les vitesses de rotation sont comprises entre 165 tr/mn pour les vis de 15 cm de diamètre, et 120 tr/mn pour celles de 40 cm de diamètre. Pour les farines, la vitesse ne dépasse pas 120 tr/mn pour 15 cm de diamètre, et 80 tr/mn pour 40 cm. Enfin pour les produits abrasifs, la vitesse est réduite à 60 tr/mn (Ø 15 cm) et 45 tr/mn (Ø 40 cm).
En France, où le diamètre des vis excède rarement 30 cm, les vitesses de rotation sont de l'ordre de 100-130 tr/mn au-delà de 12 cm de diamètre et 170 tr/mn en deçà.
Il est toujours possible d'augmenter la vitesse de rotation d'une vis pour en accroître le débit, mais au détriment de la longévité. Pour limiter les brisures, il est conseillé de ne pas dépasser certaines limites selon le produit. Ainsi, pour le mais, la formule empirique: N = 125 - 12 D (N en Tr/mn et D en dm) indique la vitesse maximum en fonction du diamètre.
Exemple:
Vis de 25 cm de diamètre;
N = 125 - 12 x 2,5 = 95 tr/mn.
- «Pas» des vis
Le «pas» d'une vis est la distance entre deux filets consécutifs.
les filets classiques ont un pas égal à leur diamètre;
les filets longs ont un pas égal à 1,5 fois le diamètre; on les utilise pour les produits coulant facilement, lorsque l'on recherche un transport rapide et un bon brassage du produit;
les filets courts ont un pas égal aux 2/3 de leur diamètre. Leur débit est plus faible que celui des filets normaux. Ils sont utilisés pour les produits trop fluides et sur les vis élévatrices.
- Différentes formes de filets
le filet classique est un ruban de tôle plein et soudé en continu sur l'axe;
le filet creux ou filet ruban est employé avec les produits fragiles ou usant (paddy), ou coulant mal (visqueux). Il évite l'accumulation de produit à la liaison filet-tube central. En outre, il opère un bon brassage en cours de transport (vis mélangeuse);
Fig. 175: Schéma de différents filets de vis.
les filets dentelés ou avec pales intermédiaires favorisent l'agitation et le mélange du produit;
les filets à double spire sont formés de 2 filets décalés de la moitié de la longueur du «pas». Ce type de vis permet d'obtenir un écoulement très régulier, sans heurts pour le produit;
les filets discontinus sont constitués de palettes, ailettes, etc. disposées en spirale sur l'axe. Ils permettent de mélanger et de décolmater des produits difficiles à transporter;
les filets coniques permettent de régulariser le débit d'une vis alimentée de façon irrégulière. On les emploie comme vis d'extraction sous les cellules.
- Paliers
Ils doivent être bien alignés et rapprochés tous les 3 à 4 m, pour éviter les flexions. Le ferodo de gaïac ou le cuir vert sont recommandés pour réaliser les paliers lisses intermédiaires. Les paliers à roulements à aiguilles sont excellents mais coûteux et risquent de se colmater à la longue. Sur les petites vis, le palier est à plateau en fonte avec bague d'usure, ou à roulement à billes. Il est fixé dans la tôle épaisse d'extrémité de la vis (about). Sur les plus grosses vis, le palier est sorti de l'auge et fixé sur un étrier plus rigide. Une bague d'étanchéité est alors placée au passage de l'axe dans l'about.
- Vannes de sortie
Ces vannes sont généralement planes et actionnées soit par une crémaillère manuelle, soit par vérin pneumatique commandé à distance. Pour obtenir une vidange plus complète, il est possible de prévoir des vannes cylindriques qui épousent la forme de l'auge.
- Couvercle
Soit plat (avec ou sans feutre d'étanchéité), soit bombé pour les vis exposées aux intempéries.
- Dépoussiérage
Pour éviter l'émission de poussières, les vis sont couvertes avec une tôle mince. Il est également possible de les relier à une aspiration d'air, laquelle doit être faite dans le sens d'avancement du produit. Une prise d'air doit être ménagée à l'alimentation de la vis pour éviter de la mettre en dépression.
- Écartement - Auge-Vis
Il est au minimum égal à 1,5 fois la dimension du grain transporté, de façon à limiter le taux de brisures, donc il sera choisi en fonction du produit transporté et pourra entraîner des brisures importantes ou des restes en auge avec d'autres produits.
- Entraînement
Selon leur taille, les vis en auge seront entraînées par motoréducteur accouplé directement à l'arbre ou relié par courroies ou par chaîne à rouleaux.
b) ÉLÉMENTS DE CALCUL DES VIS EN AUGE
- Capacité
La capacité d'une vis est fonction de son diamètre, de sa vitesse de rotation, mais ces dimensions sont limitées par la nature du produit à transporter (ses dimensions, sa fragilité, son abrasivité).
En pratique, le produit occupe au maximum 45 % de la section de la vis et en moyenne 30 %.
* Débit volume à transporter/heure:
* Débit masse - avec un remplissage classique de 45 % de la section d'auge:
Q = 0,02 D³ N Ps
avec
Q |
t/h |
D |
diamètre de la vis en dm |
N |
vitesse de rotation de la vis en tr/mn |
Ps |
densité du produit. |
Exemple: Débit d'une vis de 30 cm de diamètre tournant à 90 tr/mn avec du mais à 0,75 de densité:
Q = 0,02 x 3³ x 90 x 0,75 = 36,45 t/h
- Puissance absorbée
Formule pratique:
avec
W |
en kW |
|
Q |
en t/h |
|
H |
hauteur d'élévation pour une vis inclinée en m |
|
L |
longueur de la vis en m |
|
K |
coefficient à appliquer selon le produit |
|
- grain sec et propre |
K = 0,5 |
|
- grain «normal» |
K = 1,0 |
|
- produit lourd abrasif coulant mal |
K = 1,5 |
Exemple:
Vis précédente sur du grain sec et propre.
Longueur 15 m - Inclinaison 20° (élévation 5 m)
W = 2,01 + 0,25 = 2,26 kW
On remarque que la puissance absorbée par l'élévation du grain est relativement faible comparée à celle nécessaire au transport horizontal. L'inclinaison des vis est possible sans baisse importante de débit jusqu'à 30°; à 450 la diminution de débit est de 1/3 environ.
Chez les fabricants, la puissance installée sur les vis rapportée à la tonne transportée et au mètre de longueur (horizontale) varie de 0,03 kW/t/m pour les plus courtes et les faibles débits (10 t/h sur 4 m) à 0,005 pour les grosses vis (50 t/h sur 20 m et au-delà).
c) AVANTAGES ET INCONVÉNIENTS DES VIS EN AUGE
- Avantages
à débit égal, la vis en auge absorbe 15 à 20 % de puissance en moins que la vis sous tube,
moins coûteuse à l'achat que les transporteurs à bande ou à chaîne,
convient bien aux débits inférieurs à 30 t/h et pour des longueurs jusqu'à 25 m. Aux USA, où l'objectif prioritaire est l'investissement minimum, les vis atteignent 50 cm de diamètre.
- Inconvénients
casse du grain,
encombrement supérieur de 40 à 50 % à celui du transporteur à chaîne ou d'une vis sous tube, mais 2,5 fois plus faible que celui d'une bande,
investissement supérieur de 20 à 25 % à celui d'une vis sous tube (40 % en extérieur),
difficile à nettoyer, donc inutilisable en station de semences,
puissance requise 70 à 80 % plus élevée que celle d'un transporteur à chaîne, et 3 fois plus élevée que celle d'un transporteur à bande.
VIS SOUS TUBE
La vis sous tube est l'outil classique de manutention à débit faible ou moyen. Elle est souvent mobile, soit par déplacement manuel; soit montée sur chariot.
a) DESCRIPTION GÉNÉRALE
La vis tourne dans un tube en acier de 2,5 à 4 mm d'épaisseur. Les vis sous tube sont en général de petit diamètre (250 mm est un maximum) et travaillent en section pleine. Leur vitesse de rotation est souvent double de celle des vis en auge, et leur débit est sensiblement triple. Leur débit est diminué de 1/3 à 45° et de 2/3 à 90°. La puissance absorbée est comprise entre 0,010 et 0,020 kW/tonne/mètre selon le type de vis. Il faut noter que la puissance consommée est largement fonction des caractéristiques du grain; ainsi une vis de 15 cm de diamètre consomme 4 fois plus de puissance avec du mais à 25 % d'humidité qu'avec du mais à 14 %. Par ailleurs, on note une baisse de débit de 10 à 30 % lorsque l'alimentation de la vis est protégée par une elle.
b) TECHNOLOGIE DE CONSTRUCTION
- Entraînement
Les vis travaillent toujours en traction. Le moteur est placé à l'opposé de l'arrivée du grain. L'axe est entraîné par un moteur électrique et un réducteur à poulies-courroies qui joue le rôle de sécurité en patinant si un bourrage se produit, et qui évite les à -coups au démarrage. La tension de la courroie est réglée en faisant pivoter le plateau support de moteur. Sur les vis de gros diamètre, l'entraînement poulie-courroie est souvent remplacé par un réducteur à arbre creux moins encombrant.
Sur les petites vis, l'entraînement (moteur-réducteur) représente 25 à 50 % du prix total du matériel, c'est pourquoi certains constructeurs proposent des vis à tête motrice démontable qui peut être adaptée sur plusieurs vis.
- Paliers
Les vis de moins de 125 mm de diamètre sont montées sans palier intermédiaire, ce qui limite leur longueur à 8-10 m.
Les tourillons, en acier, sont montés sur paliers à billes,
- Poids des vis sous tube
Elles sont en général légères, ce qui rend leur déplacement aisé.
Exemples:
Ø (mm) |
L (m) |
P (kg) |
Ø 160 |
10 |
200 |
Ø 240 |
10 |
400 |
Ø 300 |
10 |
600 |
- Entretien
Peu important; le réducteur doit être vidangé au moins une fois par an, et la tension des courroies vérifiée chaque semaine. Les principales difficultés proviennent de matières étrangères qui se bloquent entre la vis et l'auge (ou le tube).
c) AVANTAGES ET INCONVÉNIENTS
- Avantages
robuste,
manutention sous tous les angles,
encombrement faible,
légère - démontable,
bon marché (au-dessous de 30 t/h et 30 m de longueur).
- Inconvénients
puissance consommée élevée,
plus encombrante qu'un transporteur à chaîne,
casse du grain importante,
usure rapide,
vidange incomplète,
matériel dangereux, nombreux accidents.
VIS SPÉCIALES
- Vis balayeuse
Ce type de matériel est utilisé pour la vidange des cônes résiduels des cellules rondes à fond plat. La vis, égale au rayon de la cellule, est fixée sans gaine sur un axe situé au centre du silo. A sa mise en route, elle s'enfonce dans le grain et le ramène au centre de la cellule. Lorsqu'elle arrive au fond, ses filets portent sur le sol et la forcent à tourner horizontalement autour de l'axe de rotation. Elle reste ainsi en contact avec le grain jusqu'à la vidange complète de la cellule. Le grain est évacué vers l'extérieur par une vis sous tube.
Les débits atteignent 20 t/h. La vis n'ayant pas de gaine, elle ne casse pas le grain.
- Vis de reprise intégrale (cf. Fig. 125)
Pour la vidange de cellules de 8 à 15 m de diamètre.
Débit jusqu'à 50 t/h.
Une vis conique à pas progressif actionnée par un moteur électrique pivote autour de l'axe de la cellule en amenant le grain du cône résiduel à l'auget central.
L'avancement de la vis, très lent et régulier, est assuré par une roue pneumatique supportée par un bras articulé qui exerce une pression constante sur le fond de la cellule.
Cette roue est débrayable et permet de déplacer l'ensemble lorsque la cellule est vide. Son entraînement est fait à partir du mouvement de la vis.
Une tôle rigide placée derrière celle-ci supporte le ou les paliers intermédiaires et permet une vidange complète en un seul passage.
La reprise dans l'auget central est assurée par une vis de reprise sous tube qui, passant sous la cellule, déverse le produit à l'extérieur.
Cette vis qui transmet le mouvement à l'ensemble (avec 2 renvois d'angle), peut être remplacée par un transporteur à chaîne ou un appareil similaire. Dans ce cas, la commande moteur est placée sous la cellule (entre le plancher et l'appareil de reprise) ou directement dans le grain.
Remarque: Afin de pouvoir libérer la vis conique au départ des opérations de vidange du cône résiduel, il est impératif que la cellule comporte une ou plusieurs sorties intermédiaires suivant un rayon. L'ensemble vis-raclette sera placé au-dessus de ces sorties lors du remplissage de la cellule.
- Vis Taupin
Tube plastique ou tuyau métallique souple de 70 à 80 mm de diamètre et 10 m de longueur contenant 2 ressorts concentriques tournant en sens inverse et à des vitesses différentes. Le mouvement est fourni par 2 moteurs électriques placés dans le prolongement l'un de l'autre. L'un des moteurs a un arbre creux laissant passer l'arbre de l'autre. L'effet de cisaillement entre les ressorts propulse le produit dans l'axe du tube sans l'entraîner en rotation.
- Débit |
: 10 à 20 m³/h |
- Puissance |
: 1 à 4 ch |
- Longueur |
: 6 à 12 m. |
Acceptant un rayon de courbure maximum de 1,5 m (prévoir une partie rectiligne de 2 m avant le moteur), ce type de vis est utile pour évacuer du grain d'endroits d'accès difficile (fosses d'élévateurs, galeries...).
6.3.2.2. Élévateur à godets
a) PRINCIPE
L'élévateur à godets se compose d'une sangle formant courroie tendue verticalement entre une poulie de tête-motrice et une poulie de pied dont l'axe est déplaçable en hauteur pour permettre le réglage de la tension. Des godets sont fixés sur la sangle et l'ensemble est enfermé dans un bâti en bois ou en tôle, équipé d'une goulotte d'alimentation dans le pied de l'élévateur où les godets se remplissent par pelletage et d'une tête de forme appropriée pour évacuer le grain par projection centrifuge.
Les hauteurs d'élévation peuvent dépasser 70 m.
Vitesse
La vitesse de la sangle dans les élévateurs classiques est de 2,5-3 m/s, donc relativement lente et adaptée à un travail continu. Pour les élévateurs moins utilisés, il est possible d'employer des vitesses supérieures - 5-6 m/s -avec des gabarits de matériel plus faibles, ce qui permet une économie d'investissement mais des coûts de fonctionnement plus élevés (énergie cinétique transmise au produit plus importante).
Pour les farines et les pulvérulents de poids spécifique faible (0,2 t/m³), on utilise également des élévateurs à grande vitesse, car la masse est faible et le produit ne craint pas les brisures.
Pour les produits fragiles, la vitesse est limitée (1 m/s pour les semences, 1,20 m/s pour les fèves de cacao, etc.). Par contre, pour éviter le collage des grains de mais très humides (30-40 %), la vitesse ne doit pas être inférieure à 3 m/s.
b) DESCRIPTION
- Bâti
Autrefois en bois, difficile à nettoyer et à désinsectiser, le bâti est maintenant très généralement en métal sous forme d'éléments en caisson de 2 à 3 m de longueur raccordés par brides boulonnées.
Les éléments doivent être montés selon une verticale rigoureuse sinon la sangle et les godets frottent et usent rapidement le bâti.
Sur les petites installations, l'élévateur peut être placé au niveau de la dalle, voire surélevé, pour faciliter le nettoyage du pied (stations de semences).
Des éléments ouvrants doivent être prévus sur les colonnes montantes et descendantes pour faciliter le démontage de la sangle, ou le remplacement des godets.
- Tête d'élévateur
La tête a une forme étudiée pour permettre la projection centrifuge des grains. Elle est donc spécifique à une vitesse de sangle et un type de grain.
Intérieurement, elle peut être doublée par un revêtement d'usure aisément démontable (plaque en acier mangano-siliceux, fonte alliée ou caoutchouc).
Un dispositif antiretour est nécessaire surtout sur les élévateurs rapides ou de grande hauteur, afin d'éviter le retour en arrière de la sangle, en cas d'arrêt accidentel en charge. Pour limiter la casse du grain, une boîte de chute sera placée à 1 in environ après la jetée. A la tête des élévateurs, est souvent placée une tête de distribution à directions multiples.
- Pied d'élévateur
Le pied doit être doté d'une trappe de vidange facile d'accès pour permettre le débourrage. Dans les grandes installations, le pied de l'élévateur est dans une fosse qu'il faut prévoir suffisamment vaste pour que les ouvriers puissent y travailler et dotée d'une échelle d'accès (et d'un aspirateur de grain). Des plaques d'usure amovibles permettent une remise en état aisée,
- Poulies
Les poulies sont pleines ou ajourées. La poulie supérieure comporte des cannelures pour le passage des têtes de boulon des godets. En cas de surcharge, la sangle peut patiner sur la poulie supérieure. Ce patinage provoque son usure et peut à la limite causer un incendie. Pour cette raison, les poulies de tête ont un revêtement à fort coefficient de friction avec la sangle, En l'absence de patinage, la surcharge est transmise au moteur sur lequel est prévue une sécurité électrique qui l'arrête.
Pour les produits fragiles, on peut utiliser des poulies inférieures en cages d'écureuil et à joues ouvertes qui évitent l'écrasement des graines entre la poulie et la sangle.
L'axe de la poulie inférieure se déplace verticalement pour régler la tension de la sangle. Sur les petits élévateurs, le réglage se fait par vis; sur les gros, il peut être à contrepoids ou par tension hydraulique automatique. Le réglage de la tension modifie la position des godets par rapport au bâti dans le pied d'élévateur, ce qui peut perturber le chargement des godets et augmenter la casse. Des plaques incurvées sont parfois prévues pour régler l'écartement bâti-godet et, sur de grands élévateurs, c'est l'ensemble du pied qui se déplace et pas seulement la poulie.
- Sangle
Les sangles modernes ont une armature interne en acier ou en fibres synthétiques (polyester), matériaux qui sont moins sensibles aux variations d'hygrométrie que les armatures en coton employées autrefois. (La constitution et l'agrafage des sangles sont étudiés avec les bandes transporteuses.)
Remarque: Les sangles se stockent en roue verticale, pas à plat.
- Godets
Il existe toute une gamme de godets en matériaux et de formes différentes, adaptés à chaque produit.
Godets classiques en fer blanc ou en acier galvanisé.
Godets plastique - relativement souples et blessant peu les produits.
Godets inox (chers) (usages spéciaux)
Godets caoutchouc (chers) (usages spéciaux).
Écartement entre les godets: fonction des dimensions.
Fig. 179: Schéma de godets sans fond. (Doc. AGRITEC.)
Godets «sans fond»: ces godets ne sont fermés que tous les 10 éléments environ. Très rapprochés, ils créent une colonne de produit continue, et permettent de gros débits. Ils sont surtout employés pour accroître la capacité d'élévateurs existants mais certaines précautions doivent être prises:
1° S'assurer auprès du fabricant que le corps de l'élévateur ne se vrillera pas sous l'effet du surcroît de charge auquel il est soumis.
2° Monter un moteur plus puissant.
3° S'assurer de la résistance de la sangle (sollicitation passant de 60 N/mm en godet classique à 200 N/mm).
Fixation: Les godets sont fixés sur la sangle par des boulons à tête plate (côté sangle). L'écrou est freiné par une rondelle de cuir ou de tôle. Le perçage des sangles doit être fait avec une tige en forme d'obus ou une tige chaude, mais jamais avec une perceuse, pour éviter de détériorer la trame. Lors d'un premier montage, le serrage des godets ne sera pas trop poussé et sera repris après 3 à 4 jours de fonctionnement.
Pour les produits fragiles, il faut placer des entretoises entre le godet et la sangle pour éviter le pincement des graines.
- Gousset d'alimentation
Le gousset est en général placé sur le brin descendant, le godet piochant dans le pied de l'élévateur pour obtenir un remplissage maximum. Avec les produits de faible densité (farine), l'alimentation brin descendant est également recommandée.
Pour les produits fragiles, on alimentera de préférence sur le brin montant.
- Dépoussiérage
La position de la prise de dépoussiérage par aspiration est à définir dans chaque cas. Il est judicieux de la placer sur la boîte de jetée qui fait suite à la tête.
c) ÉLÉMENTS DE CALCUL DES ÉLÉVATEURS
Débit théorique
Le débit peut être calculé logiquement connaissant
le volume d'un godet |
= C en litres |
le nombre de godets/mètre de sangle |
= n |
le poids spécifique du produit |
= Ps |
la vitesse de la sangle |
= V en m/s |
par la relation: Q tonnes/heure = 3,6 ´ C ´ n ´ Ps ´ V
Exemple:
C = 2 litres
n = 4 godets/mètre
V = 3 m/s
Ps = 0,75 t/m³
Q = 3,5 ´ 2 ´ 4 ´ 0,75 ´ 3 = 64,8 t/heure
En pratique, connaissant le rayon de la poulie de tête, la vitesse de la sangle, difficile à mesurer directement, peut être calculée à partir de la mesure de la vitesse de rotation de la poulie par la relation
V en m/s
R rayon poulie m
N vitesse de rotation tr/mn
(formule approchée: V = 0,1 R N)
Puissance à appliquer sur l'arbre de poulie de tête
Cette puissance est calculée en France à l'aide de la formule empirique suivante qui prend en compte les pertes par frottements de toutes sortes qui sont de l'ordre de 30 %
avec
W en kW
Q en t/h
h en m
La puissance RÉELLE du moteur à mettre en place est encore supérieure car elle doit tenir compte du rendement du moteur et du rendement du dispositif d'accouplement entre le moteur et l'arbre de la poulie (de l'ordre de 80 à 90 %).
En pratique, les puissances installées par les constructeurs sont comprises entre 0,01 ch/t/m pour les plus petits modèles (15 t/h) et 0,006 ch/t/m pour les plus gros (200 t/h).
- Sécurité
Le principal élément à surveiller est la bonne tension de la sangle pour éviter le patinage générateur d'usure prématurée de la sangle, d'échauffements et d'incendies.
Un contrôleur de vitesse de rotation de la poulie de pied permet déclencher une alerte ou la coupure du moteur. «L'oreille» des responsables est aussi un important facteur de sécurité, car le bruit de l'élévateur renseigne souvent sur son fonctionnement.
Des regards transparents sur les brins montant et descendant permettent de contrôler le remplissage des godets et l'absence de grain au retour (défaut facile à déceler au bruit).
Les accidents surviennent parfois lors du débourrage. Avant toute intervention, il faut s'assurer que le dispositif de mise en marche est condamné, vérifier l'absence d'accumulation de gaz carbonique dans la fosse, et de façon générale ne jamais travailler seul.
d) ÉLÉVATEURS PARTICULIERS
Ils sont assez nombreux. Deux types intéressent plus particulièrement les zones tropicales:
l'élévateur à balancelles, adapté à la manutention de graines très fragiles telles que l'arachide,
l'élévateur à palettes pour l'élévation des petits débits avec un faible investissement.
- Élévateurs à balancelles
Les godets ne sont pas fixés sur une sangle mais sur deux chaînes latérales par des axes pivotants. Ainsi le godet reste en permanence dans la même position. L'alimentation se fait par gravité dans une section horizontale et la vidange par basculement forcé des godets. Le transport est donc très doux et les débits faibles (5 à 20 m³/h selon les modèles), mais ce principe permet des transports tant horizontaux que verticaux sans rupture de charge. La puissance absorbée et l'usure sont faibles. Ils sont utilisés en particulier pour la manutention des arachides de bouche.
Fig. 180: Élévateur à balancelles (Schéma de principe.)
- Élévateurs à palettes
Matériel bon marché intéressant pour les débits de 20 à 50 t/h sur de faibles hauteurs (4 à 8 m). Il est constitué d'une chaîne sur laquelle sont fixées des palettes en caoutchouc armé et peut fonctionner incliné. Associé à une trémie à vis de reprise horizontale, il constitue un outil intéressant pour la reprise de livraisons en vrac au niveau du sol sans trémie enterrée, ni fosse d'élévateur, toujours coûteuses. Il s'agit toutefois d'un matériel léger adapté à un service discontinu.
6.3.2.3. Transporteurs à bande
Le produit à transporter, vrac ou charges unitaires, est déposé sur une bande qui circule sur un support à faible coefficient de frottement (rouleaux ou surface polie) et est entraînée par un tambour d'extrémité.
En manutention de grain, les bandes ont des longueurs en général comprises entre 30 et 150 m, une largeur de 50 cm à 1 m, et des débits de 50 à 500 tonnes/heure. Dans l'industrie, on utilise des bandes beaucoup plus grandes (13 km pour le transport du minerai de nickel en Nouvelle-Calédonie).
a) DESCRIPTION GÉNÉRALE (Fig. 181)
Les principaux éléments d'une bande transporteuse sont:
la bande,
le support: rouleaux ou surface polie,
les tambours de traction, renvoi et tension.
Fig. 181: Transporteur à bande. (Doc. DENIS).
Bande
A elle seule, elle représente 50 % du prix du transporteur. Elle est composée d'une carcasse noyée dans un revêtement. La carcasse assure la résistance à la traction, la tenue latérale et la résistance aux chocs, tandis que le revêtement va assurer, à la partie supérieure, la résistance à l'abrasion par le produit transporté, et, à la partie inférieure, la bonne tenue sur le support.
Chaque bande est définie par sa tension de service laquelle est en général fixée au 1/10 de la résistance à la rupture.
Les valeurs classiques de tension de service sont de 50 à 63 N/mm de largeur de bande.
Selon la tension de service recherchée, la carcasse sera de constitution différente:
Autrefois, les carcasses étaient formées d'un empilement de plis en coton. Celui-ci a maintenant fait place aux fibres synthétiques dont les caractéristiques sont supérieures:
adhérence supérieure avec les revêtements caoutchouc,
bandes de plus faible épaisseur ayant une plus grande longévité car subissant moins de contraintes au passage des tambours.
La carcasse est un tissage de fils de chaîne et de fils de trame.
En général, les fils de chaîne sont en polyester et les fils de trame en polyamide qui résiste mieux que le polyester à la compression, ce qui permet de relever les côtés de la bande à 45°, donc de l'utiliser à son maximum de capacité, alors que les trames en coton ne permettent pas des angles supérieurs à 20°.
Exemples:
Urgent de bande (cm) |
Inclinaison des bords |
Vitesse |
Débit |
100 |
200 |
1 m/s |
325 m³/h |
100 |
450 |
1 m/s |
418 m³/h |
Les fibres synthétiques résistant mieux à la flexion que le coton, il est possible de prévoir des tambours d'extrémités de plus petit diamètre, donc moins coûteux.
L'allongement en service est peu différent entre fibres synthétiques et coton (1 à 1,5 % contre 2 %); par contre, l'allongement à la rupture est supérieur (15 % contre 7-8 %). L'avantage des fibres synthétiques sur le coton est la constance de leurs caractéristiques quelles que soient les conditions d'humidité relative et de température.
- Revêtement
En général, le revêtement est en caoutchouc (dont 40 % de caoutchouc naturel qui apporte une bonne résistance à l'abrasion et le reste en caoutchouc synthétique qui supprime pratiquement l'apparition des craquelures au cours du vieillissement).
Lorsqu'il est indispensable de ne retrouver aucune particule de bande dans le produit (bande alimentaire), le revêtement est en chlorure de polyvinyle (PVC).
Pour transporter des produits gras (tourteaux d'arachide), il est conseillé d'employer des bandes à revêtement plastique, les bandes en caoutchouc présentant rapidement un gonflement chimique de la partie supérieure.
Pour les bandes inclinées à plus de 25°, le revêtement comporte des tasseaux retenant le produit.
- Jonction
Deux moyens sont utilisés: la vulcanisation et l'agrafage, le premier étant plutôt employé sur les grosses bandes, le deuxième sur les plus petites et sur les sangles d'élévateur.
Vulcanisation à froid
Elle n'exige pas de matériel spécial, mais sa réussite est délicate en fonction de l'humidité relative de l'air et de la présence d'impuretés. La polymérisation demande 24 heures. Elle peut convenir si les tambours d'extrémité sont de grand diamètre (type bande coton), mais il est difficile d'en garantir la fiabilité.
Vulcanisation à chaud
Elle est réalisée à 140° C sous une pression de 8 kg/cm' obtenue avec une presse à «sacs d'eau», qui permet d'appliquer une pression très régulière, même sur les bandes les plus larges, La vulcanisation à chaud est efficace à 100 %, c'est-à-dire que la jonction ne constitue pas un point faible.
L'agrafage
Il ne permet pas d'obtenir une résistance comparable, ce mode de jonction ne supportant que 60 à 70 % de la tension nominale de la bande ce qui en diminue les capacités.
Pour réaliser un agrafage correct, on prendra soin de choisir des agrafes d'épaisseur égale à celle de la bande et de biseauter les bords de la courroie afin d'éviter les risques d'accrochage.
Sur les élévateurs, l'agrafage ne permet pas de dépasser une tension de service de 40 N/mm. Le raccordement peut être exécuté comme illustré ci-après.
Fig. 182: Différents modes d'agrafage.
Support
On trouve deux types de bandes, celles en V et celles à plat. Les bandes à plat circulent sur une surface polie (acier, bois) ou sur des rouleaux très rapprochés; elles sont utilisées pour le transport de charges isolées (sacs, colis, etc.) et circulent à petite vitesse sur de faibles distances. On les rencontre rarement dans la manutention des grains en vrac (bandes d'alimentation, bandes peseuses en continu). Les bandes en V sont, elles, très largement utilisées.
Les rouleaux support sont sur le brin supérieur au nombre de deux pour les bandes étroites (< 50 cm) avec des bords relevés à 30-35°; de trois pour celles plus larges dont la section est alors trapézoïdale (angle 20 à 30°). Pour faciliter le guidage de la bande, les rouleaux ne sont pas alignés, mais légèrement pincés (1 à 2°) et sur les grosses bandes, de place en place, un train de rouleaux, placé dans une zone de moindre tension, est autocentreur par pivotement autour d'un axe vertical; de plus, les rouleaux de flanc ne sont pas cylindriques, mais légèrement coniques avec un angle au sommet de 3°.
Sur le brin inférieur, les rouleaux sont, soit à plat, soit en V inversé, également pour faciliter le guidage.
L'espacement entre les trains de rouleaux varie, selon la charge, entre 0,50 m et 2 m.
Tambours
La figure 183 présente les différents tambours sur une bande.
Fig. 183: Schéma bande transporteuse.
Les tambours sont en général à axe tournant dans des paliers à roulement à billes. Leur diamètre doit être calculé de façon à éviter le patinage de la courroie et l'application de contraintes de flexion à la bande. Sur les petites bandes, pour éviter le colmatage, le tambour peut être en cage d'écureuil. Le tambour de renvoi est important pour le centrage de la bande. Il est soit bombé (fabrication coûteuse), soit constitué d'un cylindre central et de deux extrémités tronconiques.
Sur le brin de retour, 10 à 40 cm avant le tambour de renvoi, un rouleau de contrainte, réglable en position, permet le réglage du guidage. Sur les bandes longues (longueur > largeur x 50) des rouleaux identiques sont placés tous les 3 à 5 trains de rouleaux.
b) MONTAGE, RÉGLAGE, ENTRETIEN ET SÉCURITÉ DES TRANSPORTEURS à BANDE
- Mise en place du transporteur
Dans la mesure du possible et pour obtenir la garantie du constructeur, la bande est vulcanisée en usine. L'ordre de montage est le suivant:
démontage du tambour moteur pour mise en place de la bande,
montage des éléments intermédiaires,
mise en place du tambour de renvoi,
mise en place du chariot déverseur,
mise en place de la trémie d'alimentation.
Il est important que l'alimentation de la bande soit parfaitement centrée. Les alimentations obliques ou les chutes verticales trop hautes sont à proscrire. Les dispositions correctes sont l'alimentation inclinée dans l'axe de la bande ou mieux, l'alimentation verticale avec boîte de chute à l'entrée de la trémie d'alimentation (cf. schéma).
Fig. 184: Schéma du chariot d'alimentation.
- Mise en marche
Après s'être assuré de l'alignement des tambours, la tension doit être vérifiée. La bande se déplace toujours vers le côté le moins tendu. La tension est appréciée par la flèche entre deux rouleaux de retour selon les spécifications du constructeur. Le réglage du guidage se fera par démarrages successifs et réglage du centrage sur les rouleaux de retour en remontant à partir du tambour moteur.
Fig. 185: Schémas d'alimentation.
- Entretien
Le graissage des paliers des tambours et la lubrification des axes des galets du chariot verseur sont à faire toutes les 50 heures, sinon tous les mois.
En fin de campagne la bande doit être nettoyée et détendue.
En pratique dans les silos, et sauf accident, une bande dure de 10 à 20 ans.
- Sécurité
Sécurité électrique
Étant mauvaises conductrices, les bandes en caoutchouc ont tendance, par les frottements, à se charger en électricité statique avec les risques de création d'étincelles ou de «collage» électromagnétique des grains sur la bande. Les bandes polyester, bonnes conductrices de l'électricité statique, ne présentent pas ces risques.
Sécurité mécanique
Bien que d'aspect inoffensif, le transporteur à bande peut être la cause de très graves accidents. Il faut donc prévoir un câble d'arrêt d'urgence tout le long du transporteur.
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