Moteur pour concasseur à marteaux

Le concasseur à marteaux est une machine dans laquelle des marteaux suspendus par des axes à des disques montés le long d'un arbre frappent la roche à grande vitesse, les morceaux brisés sortant en traversant les barreaux de la grille placée sous le rotor. Comme il donne un produit fin en un seul passage sur des matériaux mi-durs et tendres tels que calcaire, marne, gypse, charbon et argile sèche, il est courant aussi bien dans les carrières de granulats que dans les cimenteries et usines à chaux. Cette page traite du moteur électrique qui fait tourner le rotor de la machine ; le cadre général de l'installation figure sur la page moteurs électriques pour concasseurs et installations de concassage.

Comment le rotor concasse-t-il et que supporte le moteur ?

Quand le rotor tourne, les marteaux s'écartent sous l'effet centrifuge et transmettent une partie de leur énergie au moment où ils frappent la roche. La roche se brise par le choc, en étant projetée contre la plaque de choc du carter, ou par frottement entre marteau et grille. Toute cette énergie vient de l'énergie de rotation du rotor ; le moteur rend à chaque instant la vitesse perdue par les marteaux.

La charge vue par le moteur a donc deux composantes. La première est la puissance de concassage continue : elle augmente avec le débit d'alimentation et la dureté du matériau. La seconde, ce sont les chocs brefs quand un gros bloc entre ou que la grille se colmate. Le rotor lourd absorbe l'essentiel de ces chocs par sa propre inertie et en protège le moteur ; c'est pourquoi le courant moteur d'un concasseur à marteaux paraît plus régulier que celui d'un concasseur à mâchoires.

Démarrage long : accélérer un rotor lourd

Pour le moteur, le moment le plus dur sur un concasseur à marteaux n'est pas le concassage mais le démarrage. Le rotor, composé de disques, de marteaux et de la poulie, a un grand moment d'inertie ; en accélérant cette masse de zéro à la vitesse nominale, le moteur absorbe longtemps un courant élevé. De la chaleur s'accumule dans le bobinage pendant ce temps. Si le moteur est souvent arrêté et redémarré, les démarrages successifs chauffent davantage le bobinage que le fonctionnement normal.

En pratique, on recommande : démarrer toujours le rotor à vide et n'ouvrir l'alimentation qu'une fois le moteur à pleine vitesse. Demandez au fabricant du concasseur le temps de démarrage et l'inertie du rotor, et transmettez-nous ces données lors du choix du moteur. En étoile-triangle, le couple réduit peut ne pas accélérer suffisamment un rotor lourd ; on envisage alors un démarreur progressif ou un variateur de fréquence. Une commande limitant le nombre de démarrages successifs et une thermistance PTC dans le bobinage sont des moyens pratiques de le protéger lors de démarrages longs ; la thermistance est une option de commande.

Vitesse, poulie et accouplement

La vitesse périphérique en bout de marteau est la principale variable qui fixe la finesse du produit : plus elle augmente, plus le produit est fin, mais l'usure des marteaux et de la grille augmente aussi. Le fabricant du concasseur fixe la vitesse du rotor ; celle du moteur s'y adapte par le rapport de poulies ou par liaison directe.

Transmission par courroies et poulies

Dans la disposition la plus courante, un moteur 4 ou 6 pôles entraîne la poulie du rotor par courroies trapézoïdales. Le rapport de poulies permet d'ajuster la vitesse du rotor ; de plus, lorsqu'une pièce de fer incassable entre dans le concasseur, un bref glissement de courroie amortit une partie du choc mécanique. La contrepartie est une charge radiale constante sur le roulement côté entraînement. La poulie doit être montée près de l'épaulement de l'arbre, la tension maintenue à la valeur du fabricant de courroies et les courroies neuves retendues après les premières heures.

Accouplement direct

Si la vitesse du rotor est proche de la vitesse nominale du moteur, celui-ci peut être relié directement par un accouplement élastique ; aucune charge de courroie n'agit alors sur le roulement, mais les chocs arrivent directement à l'arbre. Certaines installations intercalent un coupleur hydraulique pour que le moteur prenne la charge progressivement au démarrage. En liaison par accouplement, moteur et concasseur reposent sur un socle commun et l'alignement se fait au comparateur.

Rotor réversible, usure et vibrations

Beaucoup de concasseurs à marteaux sont exploités en inversant le sens de rotation pour utiliser les deux faces des marteaux. Le sens d'un moteur triphasé standard s'inverse en permutant deux fils d'alimentation ; si cela se fait par un sélecteur dans la commande, on ne doit pas démarrer en sens inverse avant l'arrêt complet du moteur. En transmission par courroies, poulie et courroies doivent aussi convenir aux deux sens.

Quand les marteaux s'usent, ou si l'un d'eux casse, l'équilibre du rotor est perdu. Les vibrations d'un rotor déséquilibré passent au moteur par les courroies et le socle, réduisent la durée de vie des roulements et desserrent les boulons des pattes. Remplacer les marteaux par paires opposées, contrôler les vibrations après remplacement et resserrer périodiquement les boulons du socle protègent aussi le moteur.

Environnement du moteur avec matériau poussiéreux et humide

Comme le concasseur à marteaux donne un produit fin, il répand beaucoup de poussière autour de lui. Si la poussière s'accumule entre les ailettes de refroidissement, l'évacuation de chaleur baisse ; combiné aux démarrages longs, ce lien entre poussière et température du bobinage fait chauffer le moteur plus vite que prévu. Le nettoyage du capot de ventilateur et des ailettes doit figurer au plan de maintenance et, si possible, le moteur doit être placé du côté opposé à la sortie de poussière.

Les moteurs triphasés HEM ont une enveloppe IP55 et une isolation classe F. Avec un matériau humide comme l'argile et la marne, la grille peut se colmater ; la charge du rotor augmente alors et le courant moteur monte. Une surveillance du courant ou un relais de surcharge signale le colmatage avant que le moteur ne chauffe. Dans les installations longtemps à l'arrêt en hiver, une résistance anti-condensation peut être demandée. Un moteur standard ne convient pas aux environnements à très forte densité de poussière ou à poussière combustible ; cette condition doit être indiquée à la commande.

Exemple de sélection de moteur

Ces moteurs ne sont donnés qu'à titre d'exemple ; le bon moteur se choisit selon l'inertie et la charge du rotor, la vitesse requise, le type de liaison et les conditions du site. Par exemple, le 225M-4 fournit 289,4 Nm de couple nominal à 1485 tr/min et le 250M-6 fournit 358,7 Nm à 985 tr/min ; le 280S-4 de 75 kW a un facteur de service de 1,15.

Quelles informations pour une demande de moteur ?

Indiquez-nous la marque et le type du concasseur, la puissance (kW) et la vitesse (tr/min) nécessaires, la tension du réseau, la forme de montage du moteur (à pattes B3 dans la plupart des transmissions par courroies), la transmission, la méthode de démarrage, s'il tourne dans les deux sens et la quantité. Une photo de la plaque du moteur à remplacer répond à elle seule à la plupart des questions. Les options à pattes et à bride varient selon la hauteur d'axe ; les cotes d'arbre et de bride se vérifient ensemble à la commande.

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Questions fréquentes

Pourquoi le moteur du concasseur à marteaux absorbe-t-il longtemps un courant élevé au démarrage ?

Le rotor lourd a un grand moment d'inertie, et le moteur absorbe un courant proche du courant de démarrage jusqu'à amener cette masse de zéro à la vitesse nominale. Démarrer à vide et choisir une méthode de démarrage adaptée ne raccourcit guère ce temps, mais soulage le bobinage et le réseau.

Peut-on utiliser un moteur 3000 tr/min sur un concasseur à marteaux ?

Un moteur 2 pôles peut se voir sur de petits concasseurs à vitesse de rotor élevée, mais la plupart des machines utilisent un moteur 4 ou 6 pôles avec courroies. La vitesse du rotor et le rapport de poulies déterminent la vitesse adaptée ; la décision se prend sur les données du fabricant du concasseur.

Inverser le sens de rotation du rotor endommage-t-il le moteur ?

Le moteur peut tourner dans les deux sens ; le sens s'inverse en permutant deux phases. Le dommage survient quand on commande le sens inverse alors que le moteur tourne encore, pas quand il est arrêté. La commande doit attendre l'arrêt complet avant de changer de sens.

Que faire si les vibrations du moteur augmentent après le remplacement des marteaux ?

On vérifie d'abord que les marteaux ont été montés par paires opposées et de même poids. Ensuite on contrôle la tension des courroies, le faux-rond de la poulie et les boulons des pattes du moteur. Si les vibrations persistent, l'équilibrage du rotor se traite côté concasseur.