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Dans le choix du moteur d'un broyeur à boulets, la vraie difficulté n'est pas le fonctionnement mais le démarrage : la charge de boulets et de matière dans le tambour forme une grande masse déséquilibrée que le moteur doit soulever dès le premier instant. Le moteur doit pouvoir porter cette charge pendant tout le démarrage, être correctement relié au système d'engrenages ou de courroies qui fait tourner le tambour et être démarré par une méthode adaptée au démarrage en charge. Cet article porte sur les entraînements des broyeurs à boulets de petite et moyenne taille rencontrés dans les cimenteries, les mines, la céramique et les usines de chaux.
Comment la charge se forme-t-elle dans un broyeur à boulets ?
Le broyeur à boulets est un tambour horizontal contenant des boulets d'acier et la matière à broyer. Quand le tambour tourne, les boulets montent avec la paroi jusqu'à une certaine hauteur, puis roulent et retombent en broyant la matière. Le travail principal du moteur est de maintenir en permanence cette masse de boulets et de matière soulevée d'un côté. Plus le broyeur est rempli et plus le tambour est grand, plus le couple nécessaire est élevé.
Cette charge est de nature stable : une fois le broyeur en vitesse, la demande de puissance varie peu. Au démarrage, en revanche, le moteur doit mettre en mouvement la masse immobile et la forcer à monter avec le tambour. C'est pourquoi, pour un moteur de broyeur, le couple et la durée de démarrage comptent autant que la puissance nominale.
La vitesse du tambour est aussi déterminante. L'effet de broyage des boulets dépend d'une rotation du tambour à une certaine fraction de la vitesse critique. Cette vitesse est fixée par le constructeur du broyeur ; le moteur est choisi avec le rapport de transmission qui permet de l'atteindre.
Dispositions d'entraînement : couronne, courroie et entraînement central
Selon la taille du broyeur, différentes dispositions sont utilisées. Le choix du moteur dépend de chacune :
- Couronne et pignon : une grande couronne dentée entoure l'extérieur du tambour. Le moteur entraîne le pignon via un réducteur et un accouplement, et le pignon entraîne la couronne. C'est courant sur les broyeurs moyens et grands.
- Petits broyeurs à courroie : sur les broyeurs de laboratoire et de petite production, le moteur peut entraîner le tambour ou un arbre intermédiaire par courroie.
- Entraînement central (en bout) : moteur et réducteur sont reliés à l'axe du tambour par une extrémité.
- Broyeurs sur rouleaux : sur les petits broyeurs de céramique et de peinture, le tambour tourne sur deux rouleaux moteurs ; le moteur qui entraîne les rouleaux transmet la charge par frottement.
Dans la disposition à couronne, le rapport du réducteur entre moteur et pignon ramène la vitesse du moteur à celle du tambour. Dans ce cas, la liaison d'entrée du réducteur, l'alignement de l'accouplement et la position du moteur par rapport au réducteur sont les principaux points vérifiés lors du choix d'un moteur de rechange.
Démarrage en charge : pourquoi est-ce critique ?
Le broyeur à boulets démarre toujours chargé ; les boulets restent à l'intérieur. Le moteur accélère donc contre une résistance initiale élevée. Pendant le démarrage, le courant reste élevé et la chaleur s'accumule dans le bobinage. Plus le démarrage dure, plus cette chaleur augmente.
Le problème de la charge figée
Si le broyeur reste longtemps à l'arrêt, surtout en broyage humide, la matière et les boulets peuvent se compacter au fond du tambour en une seule masse. Au démarrage, cette masse monte avec le tambour puis, à un certain point, se détache brusquement et retombe. Cette chute inflige un choc important au tambour, aux blindages, à la couronne et aux paliers. Sur les grands broyeurs, on utilise pour réduire ce risque un entraînement de virage lent (vireur), distinct de l'entraînement principal ; le broyeur est d'abord tourné lentement avec ce dispositif pour décoller la charge.
Le vireur se compose généralement d'un petit moteur distinct, d'un réducteur et d'un embrayage ou d'une liaison verrouillable. Ce petit moteur est aussi évalué séparément d'après sa propre plaque ; certaines dispositions utilisent un moteur-frein, qui ne fait pas partie de la série standard.
Méthode de démarrage
- Démarrage direct : donne le couple de démarrage le plus élevé, mais impose un fort choc au réseau et à la mécanique. On le rencontre sur les petits broyeurs quand le réseau le permet.
- Étoile-triangle : réduit le couple de démarrage ; il peut être insuffisant pour un broyeur chargé et n'est généralement pas privilégié.
- Démarreur progressif : réduit le courant et le choc ; mais le couple baissant aussi sous tension réduite, son réglage doit être fait avec soin pour un broyeur chargé.
- Variateur de fréquence : peut fournir un couple de démarrage élevé avec un faible courant et permet en outre de régler la vitesse du tambour.
Historiquement, les grands broyeurs ont utilisé des moteurs à bagues (rotor bobiné) avec résistances de démarrage. Ce type de moteur diffère du moteur standard à cage d'écureuil ; si le broyeur existant utilise cette disposition, cette fonction nécessite un moteur spécial et peut sortir du périmètre de la série standard du catalogue 2026 de HEM Motor. Consultez-nous avec les données de la plaque et de l'armoire.
Variateur, refroidissement et protection
Si le broyeur fonctionne sur variateur, l'indication générale suivante s'applique : nos séries triphasées conviennent à la régulation de vitesse par variateur de fréquence ; en fonctionnement prolongé à basse vitesse et à plein couple, une ventilation forcée peut être nécessaire et, si le câble entre le variateur et le moteur est long, un filtre dv/dt ou sinus est envisagé ; ces conditions sont précisées à la commande. Pour une charge comme un broyeur, qui demande un couple élevé et constant, il faut le préciser expressément si la vitesse doit être abaissée nettement sous la valeur nominale. Le cadre général figure dans la question sur l'utilisation avec variateur.
Côté protection, le réglage thermique doit être choisi pour supporter la longue durée de démarrage. Des sondes de température PTC ou PT100 intégrées au bobinage peuvent être demandées en option à la commande ; elles surveillent directement l'échauffement qu'une protection basée sur le courant pourrait ne pas voir. Les détails sur les organes de protection sont expliqués dans notre article sur le choix du relais thermique et des fusibles.
Les installations de broyage sont très poussiéreuses ; la grille du capot de ventilateur et les ailettes de la carcasse doivent être nettoyées régulièrement. Si la température ambiante est élevée, elle est indiquée à la commande.
