SURVEILLANCE ET DIAGNOSTIC DES CONVOYEURS A BANDE

Introduction générale

Les convoyeurs à bande jouent un rôle important dans le transport continu de matériaux solides en vrac [1]. Selon les exigences actuelles, les constructions des convoyeurs à bande sont développés par l’augmentation de débits des matériaux, l’utilisation des systèmes d’entrainement électriques pour garantir la régularité de la mise en marche, la régularité de la vitesse de rotation des tambours moteurs avec la vitesse de déplacement de la bande en fonction de la charge réelle pour éviter la rupture de la bande transporteuse…etc. [2],[3]. L’exploitation rationnelle des convoyeurs à bande est une mission complexe car elle dépend de plusieurs paramètres qui passent en premier lieu par une bonne maintenance du système électromécanique (révision et surveillance) de toutes les parties en mouvement, et la création de condition dynamiques acceptables lors des processus transitoires, processus, durant laquelle la bande subissant des tensions supplémentaires en plus du patinage. Ce qui accélère la fatigue et la déchirure de la bande, surtout que le prix de la bande seule représente 60% des prix de l’installation [4], [5], [6]. Les convoyeurs à bande à grande échelle consomment une quantité considérable d’électricité [7], [8]. Au cours des dernières décennies, plusieurs solutions d’économie d’énergie ont été proposées pour réduire la consommation d’énergie des convoyeurs à bande [9], [10]. Quelques études portent sur la dynamique des convoyeurs à bande en fonctionnement transitoire, Il n’y a cependant aucune étude décrivant le fonctionnement des convoyeurs à courroie à vitesse contrôlée pendant le fonctionnement transitoire [11], [12], [13]. L’approche du contrôle de la vitesse est importante, en général le convoyeur à courroie tourne à sa vitesse nominale en régime permanent et l’utilisation moyenne de la courroie est inférieure à la capacité théorique, cela peut être causé par des variations temporaires ou cycliques du débit de produit en vrac évacué sur le convoyeur [14], [15], [16]. L’approche consistant à contrôler la vitesse de la courroie de telle sorte que la capacité volumétrique de la courroie soit pleinement utilisée dans toutes les conditions de fonctionnement a prouvé qu’elle réduisait sensiblement la consommation d’énergie d’un convoyeur à bande [17], [18]. Les recherches actuelles sur le contrôle de la vitesse pour les convoyeurs à bande se concentrent principalement sur le calcul et la prévision des économies d’énergie possibles.La norme DIN (spécialement DIN 22101) suggère que des économies d’énergie considérables peuvent être réalisées en abaissant la vitesse du convoyeur et en améliorant l’utilisation de la courroie [21], [22]. Pang [26], [27] suggère qu’en régime transitoire, la grande accélération peut entraîner des dommages aux composants du convoyeur ou même un dysfonctionnement total de l’ensemble du convoyeur. Donc, en fonctionnement transitoire, le temps d’accélération doit être suffisamment important pour éviter les risques. Dans cette thèse les risques potentiels en fonctionnement transitoire sont discutés, les risques comprennent principalement la rupture de la bande dans la zone des jonctions, le glissement de la bande autour de tambour d’entraînement ou de frein, la surchauffe du moteur et le déversement de matériaux [28], [29], [30]. Pour éviter les risques mentionnés et réaliser un fonctionnement transitoire approprié avec un temps d’accélération minimum il faut appliquer une méthode de contrôle de la vitesse adapte, cette méthode tient compte à la fois des risques potentiels et de la performance dynamique du convoyeur à bande [31], [32]. Le diagnostic des défaillances des systèmes du convoyeur à bande, qui fait partie de la sureté de fonctionnement, lorsqu’il est réalisé avec efficacité, représente un des moyens pour contribuer à obtenir un meilleur gain de productivité. Sa vocation première est de détecter et de localiser une défaillance des leurs composants [33], [34], [35]. Dans certaines applications où les systèmes de convoyeur sont intégrés et souvent interconnectés, il est devenu primordial de diagnostiquer des défauts dès leur naissance, car une panne dans l’un des organes constitutifs de convoyeur peut arrêter tout le processus de production, ce qui cause des pertes financières lourdes [36], [37]. L’un des objectifs de notre travail est l’établissement de modèle suffisamment précis permettant de déterminer le comportement réel de convoyeur à bande. A partir de la théorie d’Euler nous avons mis en évidence le facteur de traction réel « a »dans l’objective d’une exploitation réussi du point de vue capacité ; rentabilité ; et surveillance. Dans ce contexte, le mémoire comporte quatre chapitres. Le premier présente une synthèse sur les types et les configurations des convoyeurs, les différents types de produits à transporter ainsi les caractéristiques techniques d’un convoyeur à bande et les différentes composants et leurs dénominations et dimensions. Le deuxième chapitre propose une méthode d’ajustement de la vitessepour réduire la consommation d’énergie des convoyeurs à bandeafin d’atteindre une capacité maximale de Introduction Générale 3 transports des matériaux, nous présentons lesdifférentes solutions pour réduire la consommation d’énergie et le contrôle de la vitesse dans les opérations transitoires, ainsi que la détermination de modèle de conversion d’énergie du convoyeur à bande avec évaluation des points de résistance à la transmission. Le troisième chapitre est consacré à la fiabilité du convoyeur à bande, la classification des méthodes de diagnostic des défautset à l’approche de diagnostic de système sur lesquelles nous avons appuyé nos travaux,nous présentons ensuite les divers outilset techniques de surveillance des convoyeurs à bande, et les différents opérations de la maintenance effectuées sur le système de convoyeur à bande. Le chapitre 4 est concentré sur la mise en place de notre système de diagnostic aux convoyeurs à bande par l’amélioration de facteur de traction de conception (efα coefficient) afin d’augmenter le rendement de la machine, et la durée de vie de la bande, et de contrôler et surveiller avec des phénomènes de glissement de haute précision. Ce chapitre est axé sur la capacité de traction du convoyeur à bande et son effet sur le fonctionnement du système. La relation entre la traction d’entrée et la sortie de tambour d’entraînement est exprimée en équations mathématiques prenant en compte les caractéristiques techniques de la bande, les conditions de configuration du convoyeur et son utilisation. Le modèle développé dans ce chapitre peut être utilisé comme un outil du diagnostic pour contrôler les limites d’élasticité de la bande pour éviter le glissement entre la bande et le tambour d’entraînement à des fins de surveillance. Nous terminons ce chapitre par des tests expérimentaux ont été réalisés pour valider le modèle développé en utilisant la simulation par ordinateur. Dans cette partie, la variation du facteur de traction dans les conditions réelles est observée avec la rupture totale de la bande pour deux convoyeurs à bande. Un programme de calcul du facteur de traction est programmé en fonction de l’inclinaison des convoyeurs. Ce programme permet d’obtenir des courbes de facteur de traction par rapport à l’angle d’inclinaison avec possibilité de faire varier la tension minimale, la charge et les deux simultanément afin de simuler les conditions de travail réelles du convoyeur à bande. Les résultats de l’expérience sont présentés et discutés, et enfin nous terminons cette thèse par une conclusion sur l’ensemble de cette étude, ainsi que par des perspectives à envisager pour d’éventuelles suites de ce travail

Profils de la bande

Est définie comme étant la combinaison du type de la bande (plate, en auge, avec un bord de contenance, en sandwich, ronde, carrée, etc.) et des caractéristiques de sa face externe (lisse, nervurée, à tasseaux, à godets, etc.). De ce fait, le profil de la bandeà des répercussionssurla conception des dispositifs mécaniques requis pour assurer le bon fonctionnement duconvoyeur(grattoirs, rouleaux, tambours, etc.) et des incidences sur la sécurité au cours del’utilisationet de l’entretien du convoyeur [11]. 

Vitesse de la bande

La vitesse maximale d’un convoyeur à bande a atteint des limites qui étaient inimaginables il y a quelques années, ces vitesses très élevées ont permis d’augmenter considérablement les volumes transportés. Les caractéristiques physiques du produit à manutentionner sont l’élément déterminant pour le calcul de la vitesse de la bande car les produits légers, tels que les céréales, la poussière ou les fines de minerais, permettent d’utiliser des vitesses élevées. Par contre, une granulométrie, une abrasivité ou une masse volumique plus importantes nécessitent de réduire la vitesse de la bande transporteuse [12]. Le tableau I.2indique les vitesses maximales recommandées, compte tenu des caractéristiques physiques et de la granulométrie du produit transporté, ainsi que de la largeur de la bande utilisée

Les tambours

Selon leur emplacement sur le convoyeur, les tambours doivent résisteraux forces exercées à la fois par la tension de la bande et par le produit transporté et pour un maximum d’efficacité, tant pour le remplacement d’un tambour que pour une nouvelle installation, les données suivantes permettent de déterminer les dimensions et les caractéristiques de la construction parce qu’ilssont indispensables pour le choix d’un tambour [12]. Les principales données nécessaires à la conception d’un tambour sont les suivantes :  Largeur de la bande  Diamètre du tambour en fonction du type et des caractéristiques de la bande  Mode de fixation de l’axe au tambour (bague de verrouillage, clavette, soudage)  Emplacement du tambour (tambour de commande, de renvoi ou de contrainte) comme le montre dans la figure(I.8)  Angle d’enroulement de la bande sur le tambour d’entrainementα  Tensions de la bande T1, T2 Entraînement traditionnelle Au niveau du tambour d’entrainement par l’utilisation d’un moteur électrique, une boîte d’engrenages, un tambour, des protecteurs, des éléments de transmission et accessoires, etc.  Entraînement par un tambour moteurintégré Le tambour moteur est de plus en plus utilisé de nos jours pour l’entraînement des convoyeurs à bande, en raison desescaractéristiques et de sa compacité, comme il prend un minimum de place et facile à installer. Le moteur a un indice de protection, toutes les pièces en mouvement sont situées à l’intérieur du tambour, ce qui implique une maintenance peu importante et peu fréquente la figure(I.9)montré une comparaison de l’espace nécessaire pour ces deux systèmes d’entraînement [13]. Le système d’entraînement est l’un des éléments les plus importants dans un système de convoyeur à bande ; il affecte à la performance, la capacité et l’économie d’énergie du convoyeur [15]. 

Tambour de renvoi

Il permet le renvoie la bande vers le brin porteur, parfois il peut aussi être un tambour d’entraînement, son diamètre est plus petit que le tambour d’entrainement. 

Tambours de contrainte

Ils sont installésen aval ou en amont par rapportautambourd’entrainement leurs rôles est de ramener ou maintenir la bande enligne avec le brin de retour ou créer l’angle d’enroulement désiré autour de ce dernier, et d’une manière générale, ils sont utilisés dans tous les cas ou il est nécessaire de dévier la bande au niveau des dispositifs de tension à contrepoids.