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Le broyeur à aliments, autrement dit le broyeur à marteaux, est l'une des machines d'une usine d'aliments pour animaux qui consomment le plus d'énergie et sollicitent le plus leur moteur. L'orge, le maïs, le blé ou le son sont brisés par les marteaux d'un rotor en rotation puis passent à travers une grille pour atteindre la finesse souhaitée. Comme la gamme est large, des petites machines de ferme jusqu'aux broyeurs d'usine traitant des tonnes de produit par heure, la question « quel moteur en kW faut-il pour un broyeur à aliments ? » n'a pas de réponse unique. Dans cet article, nous expliquons les facteurs qui déterminent la puissance du moteur, auprès de qui et comment obtenir cette puissance, le choix de la vitesse et de la transmission, et les informations à fournir à la commande.
Facteurs qui déterminent le besoin de puissance
La puissance absorbée par un broyeur à marteaux dépend moins de la valeur inscrite sur la plaque de la machine que de ce qu'on y introduit ce jour-là. Les principales variables qui modifient le besoin de puissance sur une même machine sont :
- Type de matière première : les grains durs comme le maïs et l'orge demandent beaucoup plus d'énergie que le son ou un produit déjà concassé. Les matières fibreuses comme le foin sec ou la paille sollicitent les marteaux d'une autre manière.
- Diamètre des trous de la grille : lorsqu'une grille à petits trous est utilisée pour un broyage fin, le produit reste plus longtemps dans le broyeur et la puissance pour une même capacité augmente nettement. Changer de grille revient en fait à changer la charge du moteur.
- Humidité : le grain humide se brise mal, colmate la grille et s'accumule autour du rotor ; le courant augmente en conséquence.
- Capacité (débit d'alimentation) : plus la vis ou la trappe d'alimentation est ouverte, plus le moteur est chargé. Lorsque le broyeur est alimenté au-delà de ce que le moteur peut supporter, la vitesse chute d'abord, puis la protection déclenche.
- Nombre de marteaux et état d'usure : des marteaux aux extrémités émoussées frottent le grain au lieu de le briser ; on dépense plus de puissance pour le même travail et la chaleur augmente.
- Durée de fonctionnement : une machine de ferme qui tourne une ou deux heures par jour et un broyeur d'usine qui fonctionne sans arrêt pendant tout un poste n'usent pas le moteur de la même façon, même à puissance égale.
C'est pourquoi donner un tableau figé du type « telle capacité, tant de kW » serait trompeur. La bonne manière de déterminer la puissance du moteur est de suivre l'ordre décrit ci-dessous.
Qui détermine la puissance, et comment ?
Sur une machine neuve, la puissance est la valeur du fabricant de la machine. Celui-ci a conçu le diamètre du rotor, la disposition des marteaux, la surface de grille et la capacité visée en fonction de cette puissance ; monter un moteur plus petit bride la machine, et en monter un beaucoup plus gros peut solliciter des pièces mécaniques comme le rotor, les roulements et les courroies au-delà de leurs limites de conception.
Si le moteur d'une machine existante est remplacé, l'information de référence est la plaque de l'ancien moteur : puissance, vitesse, tension et code de carcasse IEC. Si l'ancien moteur a fonctionné des années sans problème, un moteur aux mêmes valeurs est le choix le plus sûr. Si le moteur fait souvent déclencher le relais thermique ou chauffe trop, il faut se poser ces questions avant d'augmenter la puissance : la grille a-t-elle été remplacée par une plus fine ? La matière première a-t-elle changé ? Les marteaux sont-ils usés ? Le réglage d'alimentation a-t-il été modifié ? Les courroies patinent-elles ? La plupart de ces problèmes se règlent non pas en agrandissant le moteur, mais en corrigeant la machine elle-même.
S'il faut vraiment passer à un moteur plus puissant, par exemple lorsqu'une augmentation de capacité est prévue, la décision doit être prise avec le fabricant de la machine. Seul le côté machine permet d'évaluer si le rotor, l'arbre et la transmission par courroies supportent la nouvelle puissance.
Que révèle une mesure de courant ?
Le moyen pratique de savoir à quel point le moteur est réellement chargé sur un broyeur en marche est de mesurer les courants de phase avec une pince ampèremétrique en alimentation normale. Si le courant mesuré est très proche du courant nominal de la plaque ou le dépasse, le moteur travaille à sa limite. S'il est nettement inférieur, le moteur est à l'aise et l'origine de l'échauffement doit être cherchée ailleurs. Cette mesure fonde la décision de remplacement sur des données plutôt que sur des suppositions.
Vitesse et transmission : accouplement direct ou poulies et courroies ?
Dans les broyeurs à marteaux, le rotor tourne généralement à une vitesse périphérique élevée ; c'est pourquoi, sur de nombreuses machines, un moteur 2 pôles (3000 tr/min synchrones) est relié directement au rotor par un accouplement. Dans cette disposition, la vitesse du rotor est égale à celle du moteur et il n'est pas possible de changer la vitesse du moteur. Sur certaines machines, en revanche, un moteur 4 pôles entraîne le rotor par poulies et courroies ; le rapport des poulies détermine la vitesse du rotor.
- Disposition à accouplement direct : la vitesse du moteur doit être identique à celle demandée par le fabricant de la machine. Le moteur à pattes (B3) est aligné avec le rotor sur un châssis commun ; la hauteur d'axe et l'entraxe des pattes sont comparés à ceux de l'ancien moteur.
- Disposition à poulies et courroies : si la vitesse du moteur change, celle du rotor change aussi. Remplacer un moteur de 1500 tr/min par un moteur de 3000 tr/min double la vitesse du rotor si les poulies ne sont pas changées ; c'est dangereux à la fois pour les marteaux et pour les roulements. On ne change pas la vitesse sans recalculer le rapport des poulies.
- Tension des courroies : une courroie trop tendue impose une charge radiale au roulement avant du moteur ; une courroie détendue patine, chauffe et gaspille une partie de la puissance.
Comme la vitesse du rotor est élevée, le déséquilibre compte aussi. Si l'un des marteaux est cassé ou manquant, la vibration qui en résulte se transmet aux roulements du moteur. Si la véritable cause de la défaillance des roulements de l'ancien moteur était un tel déséquilibre, le nouveau moteur connaîtra rapidement le même sort.
