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Dans un broyeur lent (shredder) pour plastique, le rotor ne tourne qu'à quelques dizaines de tours par minute, mais il exige un couple très élevé pour déchirer la matière. Ce couple n'est pas fourni par le moteur seul, mais par l'ensemble moteur-réducteur : la vitesse d'un moteur triphasé standard 4 pôles est réduite par le réducteur, et le couple augmente dans la même proportion. C'est pourquoi, dans l'entraînement d'un broyeur, la décision principale porte sur le rapport du réducteur et sur sa tenue aux charges de choc ; la puissance du moteur n'est qu'un maillon de cette chaîne.
En quoi la différence entre broyeur lent et granulateur change-t-elle le choix du moteur ?
Dans le recyclage du plastique, deux types de machines sont souvent confondus. Le granulateur (broyeur à couteaux) coupe la matière avec un rotor à lames tournant à grande vitesse jusqu'à une taille qui passe à travers une grille ; le moteur est généralement relié au rotor par courroie et poulie, et l'inertie du rotor fait partie du travail. Le broyeur lent, lui, déchire de grosses pièces, des fûts, des profilés et des balles de film avec des lames à crochets ou dentées tournant lentement. Leurs besoins moteur diffèrent :
| Caractéristique | Broyeur lent | Granulateur |
|---|---|---|
| Vitesse du rotor | Faible (par réducteur) | Élevée (par courroie ou en direct) |
| Chaîne cinématique | Moteur + réducteur (+ accouplement ou courroie) | Moteur + courroie et poulie |
| Grandeur déterminante | Couple de sortie du réducteur | Inertie du rotor et démarrage |
| Comportement en bourrage | Le rotor s'arrête et s'inverse souvent | La courroie patine ou le thermique déclenche |
Cet article porte sur l'entraînement du broyeur lent : couple élevé à basse vitesse, compatibilité avec le réducteur et inversion du sens.
Comment le couple est-il multiplié dans le réducteur ?
Un réducteur divise la vitesse par son rapport et multiplie le couple à peu près par ce même rapport ; l'écart correspond au rendement du réducteur. La relation simple est : couple de sortie ≈ couple moteur × rapport du réducteur × rendement. La vitesse de sortie s'obtient en divisant la vitesse nominale du moteur par le rapport.
Exemple de calcul hypothétique : un moteur 22 kW 4 pôles a un couple nominal de 142,9 Nm et une vitesse nominale de 1470 tr/min. Utilisé avec un réducteur de rapport 20:1 dont le rendement est supposé d'environ 0,95, le rotor tourne à environ 73 tr/min et l'on obtient en sortie de réducteur un couple nominal d'environ 2700 Nm. Un moteur plus petit pourrait fournir le même couple au rotor avec un réducteur 40:1, mais la vitesse du rotor serait divisée par deux. La vitesse du rotor est une valeur de conception de la machine ; modifier le rapport modifie la capacité et le comportement de coupe.
Couple de démarrage et couple maximal
Le couple de démarrage et le couple maximal d'un moteur asynchrone sont supérieurs au couple nominal, et ces valeurs figurent dans le catalogue du moteur. Lorsqu'une pièce dure freine le rotor du broyeur, le moteur fournit brièvement un couple supérieur au nominal ; ce pic est transmis tel quel au réducteur et aux arbres. C'est pourquoi on vérifie non seulement le couple nominal du réducteur, mais aussi sa tenue aux pics et aux chocs de couple. Pour les valeurs de couple par modèle, consultez le tableau des couples.
Choix du réducteur et accouplement : qui encaisse le choc ?
Dans un broyeur, la charge n'est pas régulière ; chaque coup de lame crée une onde de couple. Le réducteur qui supporte cette charge se choisit avec le facteur d'application (de service) que son fabricant indique pour les charges à chocs. Ce facteur du réducteur est une notion différente du facteur de service figurant sur la plaque du moteur et se lit dans le catalogue du réducteur.
- Type de réducteur : pour un couple élevé et des chocs, on utilise généralement des réducteurs planétaires ou à couple conique-hélicoïdal. Les réducteurs à roue et vis sans fin peuvent être limités dans cette application en rendement et en tenue aux chocs.
- Coupleur hydraulique : placé entre le moteur et le réducteur, il adoucit le démarrage, permet au moteur de démarrer à vide et amortit une partie du choc lors d'un bourrage soudain.
- Limiteur de couple : il protège la chaîne cinématique face à un objet impossible à broyer, comme une pièce métallique. La transmission par courroie offre aussi une marge de glissement limitée, mais un patinage permanent de la courroie signifie échauffement et usure.
- Liaison moteur-réducteur : en liaison directe par bride, la carcasse CEI et la taille de bride doivent correspondre à l'entrée du réducteur. Les formes de montage sont proposées selon la carcasse ; la taille de bride est confirmée à la commande. Pour les options d'entraînement à réducteur, consultez la page moteurs électriques pour réducteurs.
Inversion du sens et gestion des bourrages
Les broyeurs détectent généralement le bourrage par la hausse du courant : lorsque le courant moteur dépasse un seuil réglé, la commande arrête le rotor, l'inverse brièvement, puis le remet en marche avant. Ce cycle peut se répéter de nombreuses fois au cours d'un poste, et c'est lui qui sollicite réellement le moteur.
- L'inversion doit intervenir après l'arrêt complet du rotor ; inverser brutalement un moteur en rotation provoque un à-coup de courant et de couple.
- Les inversions fréquentes accumulent la chaleur de démarrage. Un variateur de fréquence réduit cette chaleur et le choc mécanique grâce aux rampes. Les séries triphasées de HEM Motor conviennent à la variation de vitesse par variateur ; en fonctionnement prolongé à basse vitesse et à couple nominal, une ventilation forcée peut être nécessaire et, si le câble variateur-moteur est long, un filtre dv/dt ou sinus est envisagé. Ces conditions sont indiquées à la commande ; les détails figurent dans la question sur l'utilisation avec un variateur.
- Si un broyeur à deux arbres comporte deux moteurs distincts, la répartition de charge et la synchronisation sont gérées par la commande ; les moteurs doivent avoir la même puissance et la même vitesse.
