Conférence sur l`optimisation des convoyeurs

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C3 EXPERT SAS / Optimiser la conception SIMC Casa 05/12/2013
La sécurité des convoyeurs par la conception optimisée Référentiel réglementaire Norme NF EN ISO 12100 version 2010 Historique Depuis la 1ère Directive Machine 89/392/CEE de 1989, l’application des normes de sécurité pose toujours problème dans le domaine des convoyeurs. Pourtant, la nouvelle approche semble répondre au besoin, lorsqu’elle définit une hiérarchie des solutions de sécurité, notées à l’article 4 de la norme NF EN ISO 12100 version 2010, alinéa : …(cette partie de texte est identique aux versions précédentes). Dans la réalité, il ressort que la 1ère prescription qui est de « supprimer le phénomène dangereux » est rarement appliquée, dans le domaine des convoyeurs à bande, tout au moins. Notre analyse, de longue date, laisse supposer que l’hiérarchie prescrite par la norme n’est pas considérée du fait de la conjonction de coordination « ou » entre les 2 termes « supprimer » et « réduire ». La virgule de ponctuation, après le mot « supprimer », ne pouvant pas de façon certaine, marquer l’hiérarchie voulu par le législateur. Définition Supprimer le phénomène dangereux : - Un phénomène dangereux est obligatoirement lié à une machine d’un équipement ou une partie ou composant de machine. - Supprimer le phénomène dangereux revient, logiquement, à supprimer la machine ou le composant de machine, siège d’au moins 1 risque. , -
La virgule est une ponctuation qui marque une pause dans la phrase ; mais ce signe n’est pas suffisant pour marquer une hiérarchie entre les 2 termes. Ou -
La conjonction de coordination sert à exprimer une alternative, une équivalence, une exclusion ou une explication (dictionnaire Littré) Réduire le risque qui lui est associé : - Le mot réduire, défini par le dictionnaire Littré signifie : « rendre plus petit, diminuer, restreindre ». - Cette définition, ramenée à notre sujet, indique que le risque existe toujours mais que le taux de gravité et de fréquence sont d’un niveau inférieur. Ce niveau inférieur de dangerosité pouvant être atteint par une ou des solutions appliquées dans la zone du risque. EXPERT INTERNATIONAL ‐CONVOYEUR A COURROIE TRANSPORTEUSE EDITEUR DE LOGICIELS DE CALCUL DES CONVOYEURS n° de déclaration d’existence ‘’Entreprise de formation’’ 82 26 000610 26 n° SIRET : 398 454 389 00022 APE : 7112B R.C.ROMANS 26 : 94 B 431
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Question Lorsque la mesure de prévention consiste à placer un « écran » (grille, tôle, etc), qui empêche l’atteinte du risque, est‐ce que le législateur considère que le risque est supprimé ou seulement réduit ? ... sachant qu’il existe tout un arsenal de normes visant à définir comment la mesure de prévention doit être conçue, mise en oeuvre et démontée. Remarque Lorsqu’une machine comporte plusieurs risques et que l’on supprime l’un de ces risques, le niveau global des risques de la machine est effectivement réduit, puisque le nombre de risque est réduit d’une unité. Sur cette même machine, si l’on réduit ce même risque, en plaçant un écran devant le siège du risque, le niveau global de la machine est également réduit ; mais, de notre point de vue, pas dans la même efficacité, puisque cela dépend de la permanence du dispositif de protection… qui peut être démonté… ce qui est trop souvent le cas des grilles ! Notre proposition Pour clarifier la situation je propose la rédaction suivante : Alinéa e) supprimer le phénomène dangereux, en supprimant la machine et ou le ou les composants de machine, siège ou origine du phénomène dangereux ; f) si le phénomène dangereux ne peux être supprimé, prendre les mesures de prévention pour réduire le risque qui lui est associé. La figure 2, page 11 de la norme, mérite également révision. Démonstration de la pertinence de notre proposition C’est par une suite d’exemples que je vais démontrer la pertinence du terme « supprimer » de la norme, dans le domaine des convoyeurs à courroie transporteuse (bande). La pertinence de cette démonstration est validée par des exemples de calcul, présentés lors de l’atelier de calcul. Suppression du phénomène dangereux Par : I) Suppression de la machine Aussi surprenant que cela puisse paraître, il y a de nombreux équipements, dans le domaine de la manutention, où il possible de supprimer une de ces machines. Le cas le plus fréquent concerne les « convoyeurs dits de mise en vitesse ». EXPERT INTERNATIONAL ‐CONVOYEUR A COURROIE TRANSPORTEUSE EDITEUR DE LOGICIELS DE CALCUL DES CONVOYEURS n° de déclaration d’existence ‘’Entreprise de formation’’ 82 26 000610 26 n° SIRET : 398 454 389 00022 APE : 7112B R.C.ROMANS 26 : 94 B 431
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Convoyeurs dit de mise en vitesse : En effet, quasiment 100 % de ce type de machine est impropre à sa destination, voir, dans certains cas, il aggrave la situation de la ou des fonctions qu’il devait améliorer, comme le temps de mise en vitesse du produit qui influe sur l’abrasion de la bande aval ou le poinçonnement de la bande aval du fait de la plus forte énergie des blocs. Le paramètre qu’il faut considérer, pour ce type de convoyeur, est l’angle de la trajectoire de chute du produit au moment de son contact avec la bande aval qui est en général de l’ordre de 30° à 65°. Parce que cet angle est supérieur à 5°‐10° par rapport au plan de la bande aval, la fonction de « mise en vitesse » du produit, à une vitesse proche de la vitesse de la bande aval est perdue, du fait des dimensions du convoyeur de mise en vitesse, essentiellement le diamètre du tambour de jetée, et le dénivelé minimum requis entre les 2 machines. Dans le cas d’une vitesse de bande aval de 4.50 m/s du convoyeur longue distance, la vitesse de la bande de mise en vitesse usuelle est de 4.50 à 5.0 m/s. Dans ce cas, l’énergie d’impact est fortement augmentée, par rapport à une vitesse de bande très lente (0.10‐0.30 m/s), selon la formule E=1/2 mV². Quant à la vitesse du produit par rapport à la direction de la bande aval, elle est « nul » [0.0 m/s].CQFD ! Lorsque le produit manutentionné contient des blocs de grosse granulométrie (>100 mm), la situation constatée dans la section d’alimentation est encore dégradée par les phénomènes de ricochet (angle de réflexion, de rebond) qui augmentent le nombre de poinçonnements de la bande aval, pour une mise en vitesse de produit problématique. Du fait de ces ricochets, il est fréquent de trouver des amas de blocs sur les sols (zones de passage) le long du convoyeur… ce qui rajoute des risques de choc et de chute. Parc que le temps de mise en vitesse du produit est long, du fait notamment des ricochets, les rives de contenance sont allongées et parallèles à l’axe convoyeur (au lieu de divergentes). De fait, il y a usure du revêtement porteur de la bande aval, par le frottement des bavettes… ces dernières s’usent rapidement (vitesse de bande élevée) et laisse passer les produits fins qui s’accumulent sur le convoyeur et les sols de la zone de passage... re‐risque de chute ! EXPERT INTERNATIONAL ‐CONVOYEUR A COURROIE TRANSPORTEUSE EDITEUR DE LOGICIELS DE CALCUL DES CONVOYEURS n° de déclaration d’existence ‘’Entreprise de formation’’ 82 26 000610 26 n° SIRET : 398 454 389 00022 APE : 7112B R.C.ROMANS 26 : 94 B 431
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Le 1er convoyeur de mise en vitesse que j’ai fais supprimer était en amont du convoyeur de liaisons carrière de la cimenterie du Havre (76 France) en 1996. En 1987 j’ai fais supprimer pour la 1ère fois un convoyeur d’un équipement de manutention, chez Renault Véhicules Industriels à Vénissieux (69 France). La fonction de ce convoyeur extracteur a été assurée en faisant tourner d’un quart de tour la trémie (bas de trémie) en amont. II) Suppression de composant de machine Si la machine, qui contient des phénomènes dangereux, ne peut être supprimée, il convient de supprimer les composants de cette machine qui exposent à un phénomène dangereux ; sachant que les composants qui ne pourront être supprimés devront être remplacés par des composants qui n’exposent pas à un phénomène dangereux, puis, si cette solution n’est pas applicable, il faut utiliser une solution qui réduit le risque, dans le respect de l’hiérarchie de la démarche Nouvelle Approche. Les schémas ci‐dessous montrent une série de points « à analyser » pour se conformer aux prescriptions de la norme NF EN ISO 12100 version 2010. La démarche que je recommande consiste, d’abord, à vérifier par le calcul la pertinence de tel ou tel composant ; c’est‐à‐dire de montrer que la suppression du composant étudié ne changera en rien l’exploitation de la machine, voir cette suppression améliorera ses performances techniques et par conséquent économiques ; étant entendu que la suppression du composant relève le niveau de la sécurité, base de l’étude. Les calculs s’appuient naturellement sur les Lois de la physique et sur les normes techniques du domaine. C’est la bonne exploitation des normes techniques qui a permis une nette évolution de la conception
des convoyeurs, caractérisée par une grande simplification de ce type de machine.
EXPERT INTERNATIONAL ‐CONVOYEUR A COURROIE TRANSPORTEUSE EDITEUR DE LOGICIELS DE CALCUL DES CONVOYEURS n° de déclaration d’existence ‘’Entreprise de formation’’ 82 26 000610 26 n° SIRET : 398 454 389 00022 APE : 7112B R.C.ROMANS 26 : 94 B 431
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Suppression de la courbe convexe en tête
On trouve de nombreuses conceptions avec une courbe convexe en tête.
Ces conceptions sont considérées comme plus intéressantes du point de vue de la parabole de chute du
produit à la jetée. Dans les faits, la différence de trajectoire du produit est minime et, souvent, plus favorable
avec une section de tête inclinée.
Par conséquent, cette raison technique « parabole de chute plus favorable » invoquée pour une section de
tête horizontale ne tient pas.
De fait, supprimer la courbe convexe relève d’une obligation en termes de sécurité puisque l’on supprime
ainsi de nombreux phénomènes dangereux. Il est évident qu’une telle solution est facilement applicable lors
de l’étude du projet… mais très compliquée et coûteuse pour des convoyeurs existants.
Les tracés bruns correspondent à la trajectoire de chute avec une section de tête « horizontale ».
Les tracés verts correspondent à la trajectoire de chute avec une section de tête « inclinée à +15°».
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-
Conception particulière :
Certains constructeurs, et plus anciennement les mines, conçoivent les sections de tête ou de jetée,
des convoyeurs en incluant une courbe convexe qui se termine sur le support de transition, dans le
moins mauvais des cas, ou sur le tambour ; le pire des cas.
Cette conception avait été validée, dans les années 70, par les mines qui avaient des coûts en perte
d’exploitation très importants ; celles-ci provenant en partie des déports de bande en tête. Les
courbes convexes ont été instaurées comme « la solution » puisque la bande, tellement contrainte,
ne pouvait se déporter dans une amplitude conséquente. Malheureusement ; le remède était pire que
le mal ; après un certain temps d’exploitation, la trajectoire de la bande devenait ingérable, sur la
totalité du convoyeur.
Une autre raison, à la présence des courbes convexes dans les sections de jetée, tient aux
trajectoires de chute des matériaux manutentionnés. Là encore il s’agit d’une raison infondée au
regard du calcul des paraboles de chute. La différence entre les longueurs de projection, avec et
sans courbe convexe à la jetée, se perd dans les incertitudes de calcul.
Fort des remarques ci-dessus, les conceptions de convoyeur disposant d’une courbe convexe en tête
ne devraient plus exister, au bénéfice de la sécurité et de l’exploitation.
Courbe convexe, brin retour :
-
Conception usuelle :
Dans la plupart des cas expertisés, ou lors de simples visites, j’ai remarqué que les courbes
convexes, brin retour, sont constituées d’une « série de rouleaux ».
-
Risques aggravés :
Si on convient que les rouleaux retour comportent au moins un risque de happement, dans le cas des
rouleaux des courbes convexes ce risque est aggravé par la pression de la bande ; cette forte
pression dépend de la tension de la bande en ce point. Dans les courbes convexes, il ne faut pas
négliger les risques liés à la maintenance celle-ci étant plus difficile.
-
Réduction des risques :
Les exigences de la nouvelle approche prennent ici toute leur importance. Concrètement, il convient
de supprimer la série de rouleaux de la courbe convexe au profit d’un seul tambour d’inflexion
(catégorie C). Ce tambour doit être monté sur un support « ergonomique » et « sûr », qui protège de
l’exposition:
•
•
aux risques de happement, par l’utilisation d’un protecteur intégré ;
aux risques liés aux opérations de maintenance :
o par une conception qui permet le soutien de la bande, lors des opérations de
changement de tambour ;
o par un dispositif de réglage du tambour, hors d’atteinte des zones dangereuses.
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Suppression de la courbe concave (selon schémas)
La suppression de la courbe concave relève plus d’une simplification pour une facilité d’exploitation. Parfois,
l’obtention d’un rayon de courbe concave conforme au calcul est impossible. Dans d’autres cas, la présence
de la courbe concave nécessite une bande lourde qui pénalise le coût du projet.
Lorsque le rayon de courbe construit et plus petit que le rayon calculé, la conception utilise, à tord, des
rouleaux de contre appui, brin retour, pour limiter le soulèvement de la bande, ce qui engendrent des risques.
Suppression des rouleaux en surnombre / base : conceptions usuelles
Historique :
La norme ISO 5048 # 5.3.3, de 1970, définit le pas entre les supports de bande à partir de l’expression d’une
parabole et elle limite le pas en fonction de la flèche minimale et maximale de la bande. Les membres du
comité de normalisation ont fixé les valeurs-limites de flèche sur une base expérimentale.
-
Flèche minimale : il faut donner à la bande une flèche minimale de sorte que les rouleaux puissent
assurer la bonne direction de la bande par un appui suffisant de la bande sur les rouleaux. Cette
flèche est limitée à 0.5 % du pas entre supports.
-
Flèche maximale : il a été observé que, lorsque la flèche de la bande entre les supports est
importante, la puissance absorbée par l’installation augmente de façon exponentielle au-delà d’une
valeur remarquable, au point que le moteur cale et/ou que les supports se couchent et/ou que la
bande se déchire. Ainsi, une flèche limitée à 2.0 % du pas entre supports donne une bonne
approximation de la puissance absorbée, lors du calcul du convoyeur.
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Extrait :
Équation d’une parabole
Équation d’une parabole
Lire : flèche admissible = 0.5 % à 2.0 % du pas entre 2 supports.
Le problème :
Dans la 1ères édition de la norme ISO 5048 années 1970, cet article 5.3.3 était complété par des exemples de
« pas » entre les supports à rouleaux, soit :
brin porteur, une valeur usuelle de 1.00 m à 1.50 m ;
brin retour, une valeur usuelle de 2.50 m à 3.00 m.
La version de 1989 ne mentionne plus ces distances d’exemple.
Malheureusement, ces valeurs sont devenues des références « immuables », puisque aujourd’hui elles
représentent pratiquement 100 % des conceptions... dans le monde.
La solution :
Lors du calcul d’un convoyeur, dans le cas d’un projet ou d’une réhabilitation, il convient d’appliquer
simplement la formule de calcul de la norme ISO 5048 et de ne plus tenir compte des 2 exemples donnés en
1970 !
D’une façon générale, la valeur de flèche recommandée :
- sous l’alimentation : 1.0 % à 2.0 % du pas entre supports
o pour cette section, l’expérience montre que, souvent, le pas des supports sous les
alimentations sont trop grands. Le calcul montre qu’un manque de maîtrise de ce paramètre
impacte fortement les résultats de façon défavorable.
-
Mètre courant, brin porteur : 0.8 % à 1.0 % pour les produits faiblement cohésifs et 1.0 % à 1.5 %-2.0
% pour les produits cohésifs.
o Pour les convoyeurs ascendants, notamment, le pas entre supports peut augmenter au fur et
à mesure que la section considérée est proche du tambour de tête.
-
Brin retour : il faut tendre au plus près de ≤ 2.0 %, afin d’obtenir une grande stabilité de trajectoire de
la bande.
o Statistiquement, il ressort qu’un pas de 12 à 15 m est bien adapté à la plus part des
convoyeurs.
o Le pas le plus long, en service depuis 2007, est de 36 m pour une flèche de 360 mm.
C’est cette technologie qui a pu résoudre les problèmes liés à la qualité de la bande.
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Les supports à rouleaux
Brin retour
Grâce à mon logiciel C3v13® il est très facile de déterminer le pas idéal entre tous les supports du convoyeur.
La 1ère fois que j’ai adaptée un pas « long » entre supports date de 1986, chez Lafarge Ciments, usine du
Teil, sur un doseur Hasler. Le 1er pas « long » sur un grand convoyeur date de 1988, chez Lafarge
Ciments, usine de Val d’Azergue, sur le convoyeur de liaison carrière (pas d’origine 2.50 m, nouveau pas 5.0
m).
De mes nombreux calculs de convoyeur, il ressort que le pas « standard » entre supports du brin retour est
de 12 m à 15 m (multiple du pas d’origine), pour les bandes tirées (tambour de commande en tête), soit « 4 à
5 fois moins » de rouleaux par rapport aux conceptions courantes… et autant de risque en moins
À partir de cette valeur, on comprend que les convoyeurs « courts », ayant un entraxe de 12-15 m, voir
plus, par exemple 20-30 m, doivent être conçus avec « ZERO rouleau » retour ; c’est-à-dire avec « ZERO
Risque ». Cette conception est en parfaite conformité avec les exigences des Directives Machines,
Nouvelle Approche !
Dans l’affirmation « zéro risque », chacun comprend, au premier abord, qu’il s’agit du risque de happement ;
mais en faisant l’analyse des risques (norme EN 13857) sur des machines traditionnelles on note qu’elles
présentent aussi des risques d’éjection de pièce (les rouleaux), des risques de chute des personnes du fait
de sols pollués par la perte du matériau resté collé sur la bande, brin retour, et qui se décolle au contact des
rouleaux. La conception « zéro rouleau » élimine, de fait, les risques évoqués ci-dessus.
Pour les convoyeurs de long entraxe, le nombre des risques de happement sera réduit dans un rapport 12/3
ou plus comme 15/3 etc., en comparaison d’une conception usuelle avec un pas de 3 m. La pollution des sols
sera limitée aux premiers rouleaux, par l’effet d’essorage de la bande, au passage des rouleaux, du fait d’une
augmentation de sa force d’appui verticale ; celle-ci ayant augmenté dans le même rapport que
précédemment.
Avec une conception « pas long » entre rouleaux du brin retour, on obtient une réduction de divers risques
issus de la très grande stabilité de trajectoire de la bande. Cette nette amélioration de la stabilité de
trajectoire de la bande dépend de son appui sur les rouleaux, de la diminution de sa « rigidité
longitudinale ». Par opposition, un pas usuel de 3 m montre que la bande « ripe » comme le ferait une
« planche » rigide. Dans le cas d’un pas long, il y a une proportionnalité de l’amplitude de déport de la bande
en fonction de l’erreur angulaire de direction des rouleaux ; en précisant que cette proportionnalité n’existe
que pour des erreurs angulaires < à 1°.
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Fort de cette règle, j’ai établi une méthode de réglage des rouleaux, dite « par comparaison », convoyeur à
l’arrêt, particulièrement simple et accessible au plus grand nombre, qui permet d’obtenir une tolérance de
réglage de l’ordre de 0.03°, d’où la grande stabilité de trajectoire de la bande, confortée par une force d’appui
importante sur les rouleaux.
Sur la liste des risques éliminés, il faut considérer
¾
La suppression des rouleaux en « contre appui », placés au-dessus de la bande, brin retour, dans les
courbes concaves, et, bien sûr, tous les rouleaux dit « autocentreurs », quelque soit le modèle ; sachant
que certains, comme les « supports inversés » sont :
• soit inefficaces tout en présentant des risques de happement particulièrement graves,
• soit dommageables pour la bande et peu efficace, avec les mêmes risques.
¾
La suppression des convoyeurs à chaîne à racloirs, dit « ramasse-miettes », placés sous la section de
tête du convoyeur et faisant quelques mètres d’entraxe. En effet, ces machines auxiliaires n’ont plus lieu
d’être puisque le 1er rouleau brin retour se trouve au minimum à 12 m de la tête et que, dans la plupart
des cas, le convoyeur n’aura plus de tambour de contrainte (cf. # tambour de contrainte).
Remarque :
Souvent, les rouleaux retour, disposés en pas de 3 m, sont chargés entre 5 % et 20 % de leur charge
admissible ; par conséquent, augmenter le pas dans un rapport 1 sur 4, 1 sur 5, charge ces rouleaux à une
valeur admissible (≤ 100%).
Brin porteur
Pour rester dans le sujet « support à rouleaux », il y a un intérêt à calculer le pas des supports du brin
porteur. Selon le profil du convoyeur, le pas des supports peut être variable dans une forte proportion, entre
la section de pied et de la section de tête.
À titre d’exemple, sur un convoyeur ascendant, avec une 1ère section rectiligne inclinée à 3°, suivit d’une
courbe concave, puis d’une longue section inclinée, avec un dénivelé important, le pas des rouleaux à évolué
de 600 mm à 2500 mm. Ici, il s’agissait de gérer au mieux la pré-tension de la bande pour obtenir le rayon de
courbe concave le plus petit possible en pied du convoyeur. Si le convoyeur avait été rectiligne, le pas entre
supports aurait varié dans un rapport de 1 à 3 avec une distance de départ de 1200 mm et un pas sur la
section de tête de 3600 mm.
Attention, dans le cas d’un convoyeur avec une bande à « double sens d’avance » le concepteur doit
s’astreindre à réduire le pas des supports et tendre vers une flèche de bande de l’ordre de 0.5 % du pas des
supports ; cette solution, inverse à la démarche précédente, a pour intérêt de limiter au maximum la force
d’appui de la bande, notamment sur les rouleaux latéraux des auges, pour limiter l’effet néfaste des
incertitudes de fabrication et de réglage des supports.
Pour ce type de convoyeur à double sens de marche, il est possible, à certaines conditions, de remplacer les
rouleaux latéraux des auges par des patins de glissement… pour un haut niveau de sécurité
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Cas des convoyeurs avec chariot verseur :
Dans le cas des convoyeurs équipés d’un chariot verseur, avec une jetée du produit uniquement au tambour
de jetée du chariot verseur, il commun de trouver des supports à rouleaux, brin porteur, au pas du mètre
courant, par exemple 1.50 m, jusqu’au tambour de tête (de commande) du convoyeur principal. Sur cette
section qui peut faire de 30 à 100 m environ, le nombre de support devrait être limité (voir calcul pas des
supports).
Dans l’exemple ci-dessous, pour une distance de 87 m entre le dernier point de contact de la bande avec les
rouleaux avant le chariot verseur et le tambour de tête, il devrait y avoir que 2 supports. Ici, il est
recommandé d’utiliser un mini-tambour qui donne un profil « à plat » à la bande.
Le 2ème schéma, montre que le tambour de commande a été rapproché du chariot verseur quand ce dernier
est en position de fin de course. Cette conception, outre une diminution du nombre de supports, brin porteur
et brin retour, donc une réduction des risques, permet d’économiser environ 60 m de bande.
Suppression des tambours en surnombre / base : conceptions usuelles
Sur le poste « tambour » il y a de gros efforts à entreprendre sur la conception usuelle des convoyeurs pour
coller à la philosophie de la nouvelle approche.
Pour ce chapitre, comme l’exposé ci-dessus, la première règle que je recommande, pour atteindre un haut
niveau de sécurité et une meilleure qualité technique, consiste à « supprimer » tous les composants du
convoyeur qui n’ont pas de justification technique ; justification établie d’abord par le calcul.
A titre d’exemple, après une formation théorique sur la technologie des convoyeurs, suivit d’une formation
pratique « réglage à l’arrêt » d’un convoyeur de 425 m d’entraxe le nombre de tambours est passé de 9 à 2,
soit la suppression de 7 tambours !!! Sur ce même convoyeur, le nombre de supports à rouleaux, brin
retour est passé de 144 à 27 et tous les autocentreurs ont été supprimés… depuis, le convoyeur fonctionne
très bien.
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En termes de tambours, cette éradication des composants inutiles, en allant des plus évidents aux plus
complexes, sont :
Tambour de contrainte, associé à un tambour de queue libre :
-
Historique :
Dans les années 60-70, les bandes à carcasse multipli coton avaient des épaisseurs importantes qui
nécessitaient de grands diamètres de tambour. Pour le tambour de queue (de renvoi) ce grand
diamètre posait un problème d’encombrement vertical du mètre courant du châssis. Pour réduire cet
encombrement, il a été rajouté un tambour de contrainte.
Encombrement
vertical
Lorsque les exigences des carcasses de bande ont permis de réduire le diamètre des tambours, les
tambours de contrainte sont restés en place, au prétexte qu’un arc d’enroulement > à 180°, de la
bande sur le tambour de queue, améliorait la stabilité de sa trajectoire en queue.
-
Technique
Cet argument aurait pu être pertinent s’il avait été tenu compte des exigences en tolérance de
forme et de position pour les tambours. Ici, il faut comprendre que la valeur de tolérance admissible
pour 1 élément actif se divise par 2 en présence de 2 éléments actifs.
En ignorant la règle sur les tolérances, les résultats sur le terrain eurent des conséquences toujours
coûteuses. En effet, si dans un premier temps, la stabilité de la trajectoire est notablement assurée,
au fil du temps celle-ci se dégrade au point de devoir changer la bande, après un temps d’exploitation
réduit. Cette longévité est également réduite du fait d’une déformation importante de la carcasse de
la bande, au passage du tambour de contrainte lorsqu’il est colmaté, par un effet de poinçonnement
reproduit à chaque révolution du tambour colmaté, par conséquent sur la longueur totale de la bande.
-
Conclusion :
Le tambour de contrainte associé au tambour de queue « libre », siège de risques, notamment de
risque de happement, ne doit pas exister.
-
Nota :
Sur un convoyeur existant, dans le cas où on supprimerait le tambour de contrainte en queue, sans
changer le diamètre du tambour de queue, le dernier rouleau retour devient « tambour de
contrainte » et les forces radiales, qui lui seront appliquées, seront d’autant plus importantes que le
pas (la distance) avec le tambour de queue est courte et que l’arc d’enroulement de la bande est fort.
Dans ce cas, on aura que déplacé le problème, en rajoutant des risques de bris pour le rouleau. La
solution, que l’on change ou que l’on ne change pas le diamètre du tambour de queue, est d’adapter
un pas long entre le dernier rouleau retour et le tambour de queue ; par exemple un pas de 12 m ;
ainsi la force radiale issue de la tension de la bande en fonction de la composante de force définie
par l’arc d’enroulement de la bande sur le rouleau sera diminuée, à une valeur admissible pour le
rouleau (sous réserve de vérification).
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Tambour de contrainte, associé à un tambour de commande :
-
Base :
Afin de justifier l’utilité d’un tambour de contrainte associé à un tambour de commande, il convient
d’en faire le calcul sur la base de la norme ISO 5048.
-
Hypothèse sur l’usage :
Il semble qu’à partir d’une certaine taille de convoyeur, taille variable d’un constructeur à l’autre, il a
été pris l’habitude de concevoir le groupe d’entraînement de la bande « avec » un tambour de
contrainte. À la lecture des résultats de calcul, d’une telle conception, chacun pourra constater qu’ils
sont conformes, au moins pour les coefficients de sécurité dans la bande, ce qui suffit à valider la
conception. L’ennui, c’est qu’en reprenant les mêmes paramètres du calcul, à l’exception de l’arc
d’enroulement de la bande sur le tambour de commande, pour lequel il sera retenu 180°, soit une
conception « sans » tambour de contrainte, les résultats seront encore parfaitement acceptables
et conformes aux règles de l’art.
-
Technique
Eléments de calcul :
Si tous les calculs de convoyeurs déterminent d’abord le facteur d’entraînement de la bande par le
tambour de commande, caractérisé en résultat par la force F2 (ou T2*), il est rare que ce 1er calcul
soit corroboré par :
•
Le calcul de la pré-tension nécessaire de la bande pour limiter sa flèche entre 2 supports, en
tout points du convoyeur et quelle que soit sa phase d’exploitation « démarrage, marche,
freinage » ;
flèche
Pas
•
Le calcul de la pré-tension nécessaire de la bande pour garantir sa stabilité de trajectoire au
tambour de queue (T3) pour les convoyeurs horizontaux et ascendants, au tambour de tête (T1)
pour les convoyeurs descendants. Cette pré-tension est estimée, dans la plupart des cas, à 2 %
de la valeur de rupture d’une bande, normalement calculée.
T1
T3
T3
En réintégrant les deltas des forces de pré-tension « flèche limite » et « pré-tension mini » dans le
calcul initial, on s’aperçoit très souvent que la nouvelle force T2, ainsi calculée, est supérieure à la
valeur T2 exigée sous une conception « sans » tambour de contrainte. Pour la bonne compréhension
de la démarche, il est rappelé que, pour un même convoyeur, le T2 avec tambour de contrainte est
inférieur au T2 sans tambour de contrainte.
CQFD !
… par conséquent, le calcul démontre que le tambour de contrainte n’a pas de justification.
* : pré-tension de la bande en sortie de tambour de commande.
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Autres arguments :
Ci-dessus, la démonstration porte sur un même convoyeur avec et sans tambour de contrainte
associé au tambour de commande. Les résultats de calcul peuvent être encore plus favorable en
comparant une conception avec un arc d’enroulement >180° et un tambour de commande avec une
surface de contact métallique nue ou garnie d’un revêtement caoutchouc lisse (même coefficient si
l’interface bande/tambour est polluée), par rapport à une conception avec un arc =180° et un tambour
garni au moins de caoutchouc rainuré petits losanges.
En plus du haut niveau de sécurité, obtenu grâce à la suppression du tambour de contrainte, il faut
également considérer la disparition de bon nombre de nuisances et désordres, sources de risques
matériels et humains, issus de la suppression du tambour de contrainte.
Aspect pratique :
De façon statistique, tout convoyeur équipé d’un tambour de contrainte, associé à un tambour de
commande, qui implique un arc d’enroulement de la bande ≤ à 200° sur le tambour de commande,
peut voir son tambour de contrainte « supprimé » sans risque de désordre mécanique ; sous réserve
d’adapter les éléments de cette section, comme la position du racleur, la face de goulotte sous ce
tambour, la distance au 1er rouleaux retour (exemple : 12 m).
-
Conclusion :
Le tambour de contrainte associés au tambour de commande, siège de risques, notamment de risque
de happement, ne doit pas exister, lorsque la démonstration est faite par un calcul bien mené et
complet.
Système de tension à course variable en service / exemple : « à contrepoids » :
-
-
Définition :
Afin d’éviter toute confusion entre la réalité technique et le langage courant, j’ai nommé les systèmes
de pré-tension des bandes transporteuses en 2 types :
•
Les systèmes « à course variable en service » selon les à-coups de charges supportée par la
bande, quelle que soit la phase d’exploitation du convoyeur. Dans ce type de système, il y a les
sous-ensembles dits à contrepoids, dans la mesure où on constate en exploitation une réelle
amplitude de déplacement du tambour de pré-tension ;
•
Les systèmes « à course invariable en service » selon les à-coups de charge supportée par la
bande, quelle que soit la phase d’exploitation du convoyeur. Dans ce type de système, il y a les
conceptions utilisant des vis pour déplacer le tambour de pré-tension. Les sous-ensembles dits à
contrepoids, pour lesquels on ne constate aucune amplitude de déplacement du tambour de prétension ou une amplitude réduite, rentre dans cette définition de pré-tension « invariable ».
Historique :
Depuis la nuit des temps du monde des convoyeurs, il a été établi qu’une bonne conception de
convoyeur nécessitait un système de pré-tension de bande de type « variable en service » à partir
de 42 m d’entraxe ; certains constructeurs fixent cet entraxe à 30 m, d’autres à 42.50m, d’autres
encore à 50 m. Quant à la norme, elle reste dans le flou, mais prend la peine de préciser :
ISO 5048-1989-09 # 5.3.4
14
À ce jour, mes calculs, à l’appui de mon logiciel C3® et de l’expérimentation, démontrent qu’un
système de pré-tension « à course invariable en service » est parfaitement opérationnel pour des
conceptions équivalentes aux paramètres suivants :
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Entraxe
:
Dénivelé :
Débit
:
Bande :
o Largeur :
o Type :
o Allongement sous 10 % charge rupture :
o Poids :
o Vitesse :
Puissance installée :
Type de démarrage :
Revêtement tambour cde :
Arc d’enroulement tambour cde :
Support supérieur / pas :
Support inférieur / pas :
Système pré-tension / course :
1 100 m ;
+ 30 m ;
600 t/h avec pointe à 700 t/h ;
800 mm ;
E1000*/2 6+4 ;
1.00 % ;
14.7 Kg/m ;
1.7 m/s ;
160 KW ;
progressif par variation de fréquence ;
céramique à picots ;
180° ;
auge 30° / 2.00 m ;
droit / 12.0 m ;
invariable / 4.50 m.
* : E = polyester, 1000 = 1000 N/mm de résistance à la rupture à l’allongement.
Pour appliquer cette technologie à des convoyeurs de taille nettement supérieure, je souhaite lancer
une recherche sur la caractérisation des carcasses des bandes, puis en modéliser les résultats.
L’intérêt d’une telle démarche est justifiée par une conception plus économique et plus sûre tant sur
la fiabilité d’exploitation que sur la sécurité des personnes.
Cette conférence SIMC 2013 est l’occasion de faire appel aux industriels concernés par le sujet, pour
participer à mes recherches et développements.
-
Technique :
Comment se calcule un convoyeur, du point de vue du type de système de pré-tension
Depuis plusieurs années, avec mon équipe de recherche et développement, nous nous sommes
rendu compte que les modèles mathématiques en usage, pour le calcul des convoyeurs, du point de
vue du type de pré-tension, étaient erronés.
En juin 2008, nous avons pu mettre en évidence que :
Un convoyeur doit toujours se calculer avec un système de pré-tension :
« à course variable en service ».
Dans le cas d’un système « à course invariable en service », la différence entre le modèle de calcul
recommandé (variable en service) et la conception physique du convoyeur, avec un système
invariable, vient seulement de la méthode de la mise en œuvre de la pré-tension de la bande sur site.
Il s’agit, pour une conception à course invariable en service, de mesurer en exploitation, en toutes
circonstances, la flèche de la bande aux points remarquables, notamment en T2 et T3 et d’adapter
sa pré-tension en fonction de la flèche calculée en ces points. Lorsque la bande à contrôler est
neuve, le réajustement de la pré-tension nécessitera quelques interventions dans les premiers temps
d’exploitation seulement*. Si, ultérieurement, il est constaté une dérive des flèches de la bande, il
faudra considérer que cette dérive a pour origine une anomalie à rechercher et à traiter en
conséquence (idem si la conception avait été avec un système variable). Cette procédure assurera une
grande longévité à la bande et aux composants du convoyeur.
* : Jusqu’à ce que la bande ait pris sont allongement permanent.
15
Depuis 2002, sur un convoyeur de long entraxe (1.1 km), nous mesurons en continu la valeur de
tension dans la bande en T2, T3, au moyen de capteurs ultrason. Pour un autre convoyeur (entraxe 5
Km), nous mesurons en plus la tension de la bande en T1. L’analyse du signal, par un automate,
permet de gérer un seuil d’alerte et un seuil d’arrêt de l’équipement. Ce dispositif très performant rend
obsolète les détecteurs de rotation, en général siège de risque d’entraînement et de coupure, avec de
nombreux accidents fatals, chaque année.
Dans le cas de convoyeurs plus modestes, que ceux décrits ci-dessus, un simple gabarit souple
(lanière taillée dans une chute de bande quelconque) permets de s’assurer visuellement (sans contact =
sans risque) de l’état de la pré-tension de la bande.
-
Remarque :
Très souvent, il y a confusion entre type de pré-tension (variable ou invariable) et la longueur de la
course de pré-tension. Dans le cas d’un système « invariable », rien n’interdit de disposer une course
de pré-tension aussi longue que ce qu’elle aurait été avec un système « variable ». Tendre vers cette
solution de « tension à course variable » revient à se tromper de combat, puisque l’objectif à atteindre
est la réduction des risques par la réduction, la suppression, des composants présentant un risque ;
c’est-à-dire par la suppression des tambours inutiles et autres composants annexes au système et
comportant eux aussi des risques (poulies de renvoie des câbles de tension, etc.).
Il est intéressant de noter qu’une conception de convoyeur avec un pas « long », entre supports du
brin retour, donne une plus grande sensibilité de pré-tension à la bande, aux variations de charges
appliquées, que ne le permet un système à course variable conventionnelle, comme les sousensembles à contrepoids.
Tambours et rouleaux / définition,
Définition :
Ici, il est nécessaire de définir la différence entre tambour et rouleaux.
• Tambour : l’élément tournant est un tambour quand la pression de la bande augmente sur ce
composant, lorsque la tension dans la bande augmente = valeurs proportionnelles.
o Sécurité : en toutes circonstances, un tambour présente des risques.
Nota : quel que soit le convoyeur, lorsqu’il existe une courbe convexe, brin porteur, celle-ci est constituée
d’une suite de supports à rouleaux, que le profil transversal de la bande soit « à plat » ou « en auge ». Ce
constat ne doit pas faire perdre de vue que les courbes convexes doivent être assimilées à « un secteur de
tambour », de grand diamètre, puisque la pression de la bande sur chaque rouleau est proportionnelle à
l’augmentation de la tension de la bande.
• Rouleau : l’élément tournant est un rouleau quand la pression de la bande diminue sur ce
composant, lorsque la tension dans la bande augmente = valeurs inversement proportionnelles.
o Sécurité : en présence d’un rouleau, il y a des risques lorsque :

la vitesse de la bande est ≥ à 3 m/s (en dessous de 3 m/s, faire une analyse de risque) ;

la bande n’a pas de dégagement (présence de rive de contenance) ;

la bande n’a pas de dégagement du fait sa forte de pression sur les rouleaux. Ici on doit
assimiler le rouleau à un secteur de tambour, comme c’est le cas des transitions d’auge,
des courbes convexes du brin porteur et du brin retour. Les supports dits « inversés »
relèvent de la double définition « transition d’auge » ou « transition et courbe convexe »,
idem pour les rouleaux de contre appui (courbe concave brin retour).
Nota : C’est l’analyse de risques qui pourra déterminer si les rouleaux n’exposent pas à un risque.
16
Rives de contenance / section d’alimentation :
Longueur des rives de contenance :
Certaines conceptions de convoyeur utilisent des rives de contenance d’une longueur qui peut être jugée
excessive et, par conséquent, sans fondement, sous l’approche de l’analyse des risques.
En effet, lorsque la bande n’a pas la liberté d’un soulèvement, parce que limité par la présence de rives de
contenance, il existe des risques de happement et des risques liés à la maintenance, lors des opérations de
changement de rouleaux.
Réduction des risques :
Concrètement, il convient de supprimer un maximum de risques en raccourcissant la longueur des rives de
contenance à une longueur optimum. Cette longueur se définit en fonction d’un design optimisé de la goulotte
d’alimentation.
Réglage des convoyeurs à l’arrêt :
On ne peut clore cette exposer sur la conception des convoyeurs par l’application des règles premières de
sécurité « nouvelle approche » sans évoquer le réglage « à l’arrêt » de tous les types de convoyeurs à
courroie transporteuse. Cette méthode de réglage à l’arrêt colle parfaitement avec les exigences des
Directives Machines.
Le fait de simplifier la conception du convoyeur facilite grandement le travail de réglage sur site et le temps à
consacrer à cette tâche est réduit, pour une grande pérennité.
Espérant que les informations présentées serviront avec efficacité la sécurité et la technique des convoyeurs,
dans le respect des règles de sécurité et de l’art.
Marc des RIEUX
Expert International, Arbitre et médiateur
Expert des commissions normalisation EN
ª +33 623 960 209
[email protected]
C3 EXPERT SAS
26000 VALENCE / FRANCE
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Conférence sur l`optimisation des convoyeurs

Transcription

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