Broyeur de Verre

République Tunisienne

Cycle de Formation d’Ingénieurs

Ministère de l’Enseignement Supérieur et

dans la Discipline Génie Matériaux

de la Recherche Scientifique

ST-EN07/00 Projet de Fin d’Etude N° d’ordre: 2013 GMAT33

Université de Sfax

École Nationale d’Ingénieurs de Sfax

MEMOIRE Pr é s e n t éà

L’Ecole Nationale d’Ingénieurs de Sfax (Département de Génie des matériaux) En vue de l’obtention

Du Diplôme National d’Ingénieur en Génie des matériaux Pa r

Naima KARMADI & Mahdi KHARRAT

Etude, Conception et Réalisation d’un broyeur de verre à marteaux

Soutenu le 17 juin 2013 2013,, devant la com mis sion d 'examen: M.

Khaled ELEUCH

Président

M.

Noamen GUERMAZI

Examinateur

M.

Farid TAKELI

Encadrant académique

M.

Lasaad MADANI

Encadrant industriel

Je dédie ce travail de fin d'études à : A mes parents Qui m'ont toujours poussé et motivé dans mes études. Sans eux, je n'aurais certainement pas fait d'études longues. Ce projet représente donc l'aboutissement du soutien et des encouragements encouragements qu'ils m'ont prodigués tout au long de ma scolarité. Qu'ils en soient remerciés par cette trop modeste dédicace.

A mes frères Les plus proches qui, avec leurs sens de l'humain, est pour moi un soutien inestimable.

A mes sœurs Au quelles je souhaite une longue vie pleine de bonheur, de santé et de réussite.

A mes amis, mes collègues Pour leurs encouragements et pour tout ce qu’ils ont fait pour moi.

Aux enseignants du département Génie Matériaux Qui m’ont tout donné et pour tout ce qu’ils ont fait pour moi.

Naima

A mon père A ma mère

En témoignage de ma profonde affection et mon infinie reconnaissance, reconnaissance, pour la gentillesse, gentillesse, les grandes grandes sacrifices déployée déployées à mon égard et le dénouement qu’ils ont porté pour moi. Qu’ils veulent bien, eux qui ‘ont jamais rien demandé, trouver dans ce travail une modeste récompense récompense pour leurs leurs efforts et leurs sacrifices. Je leurs leurs souhaite du du fond du cœur une bonne santé, une longue vie et beaucoup de bonheur. A mon frère

Avec tout, mon soutien, mon affection et mes vœux de réussite, je lui souhaite beaucoup de bonheur et la réussite dans sa vie. A tous mes amis et leurs familles A tous ceux qui me sont chers

Qu’ils acceptent ce modeste geste comme témoignage de gratitude, de respect et d’une grande amitié.

Mahdi

Nous tenons au début de ce mémoire à exprimer nos respects les plus distingués ainsi que nos remerciements à pour son encadrement, ses conseils considérables, ses encouragements et ses contributions efficaces. Qu’il trouve ici l’expression des immenses gratitudes pour la confiance qu’il nous a témoignée. Nous lui sommes reconnaissants pour avoir enrichit et développé notre formation. Nous remercions Gérant de la Société qui a accepté de nous accueillir dans son honorable entreprise pendant notre période de stage en le félicitant de son initiative, son amour du travail bien fait et son intérêt d’une coopération continue et une ouverture permanente entre les industriels et les jeunes universitaires pour leur intégration professionnel : Bravo pour son esprit et son souci Nous remercions notre encadrant industriel ingénieur de la société , pour nous avoir consacré son temps précieux, pour sa gentillesse et pour l’honneur de sa présence à la soutenance. Nous remercions vivement

et pour leurs aides et conseils.

On est également très sensible à l’’ honneur que nous ont fait président de jury et membre de jury, d’avoir accepté de juger notre mémoire. Espérons que ce rapport que nous allons présenter sera à la hauteur de vos attentes. Enfin , nous remercions sincèrement tous les membres du département de Génie Matériaux de , de et tous ceux qui ont contribué , de près ou de loin , à l’élaboration et la réussite de ce travail.

Systèmes de manutention et convoyage, Travaux en aciers Inoxydables

Site Web: www.risel-industries.com.tn

Nous avons le plaisir de vous présenter la société RISEL INDUSTRIES dans laquelle nous avons fait notre projet de fin d’étude. Cette société est de type s.a.r.l de construction

métallique et mécanique, spécialisée dans la fabrication de tout équipement industriel en mécano-soudure en acier inoxydable ou ordinaire. Précurseur dans son domaine, RISEL INDUSTRIES compte parmi les leaders de la construction mécanique et métallique par sa large gamme de produits comprenant notamment : L e convoyage continu de mati è r e en vrac :

Transporteurs à bandes, à tabliers métalliques, à chaînes, à rouleaux, tambours, vis sans fin, sauterelles, des trémies, rouleaux étanches, en inox selon les normes pour l’agroalimentaire, pharmaceutiques, pétroles et autres, en acier ordinaires pour les autres secteurs d’activités.

Des pr odu its é col ogi ques : à savoir le capotage des convoyeurs et des

transporteurs. M anutention industri ell e : table élévatrice, monte charges industriel, rampe de

chargement mobile certifiée, Niveleur de quai hydraulique. Les équipements pour l’industrie alimentaire ou chimi que tels qu e cuve agi té e en acier inoxydable ou ordinaire etc.… Panneaux et marches d’escaliers en caillebotis métallique et en résine iso

phtalique. Palans et ponts roul ant. . …. Construction de ré servoirs et ci ternes, tu yauteri es etc

Ch ar pentes mé talliques Et en gé né ral tou s travaux de chaudr onner ie, fabr icati on et remplacement d’équipements.

Site Web: www.risel-industries.com.tn

Pour toutes ces activités, RISEL INDUSTRIES dispose d’un personnel hautement qualifié et performant de production et de services. La société est réputée par la bonne finition de son produit, exigée par l’industrie.

Ses équipements et son savoir faire la permettent de s’adapter aux demandes les plus exigeantes et de dépasser le stade de fabrication à celui de conception et d’assistance à la

conception. La Société « RISEL INDUSTRIES » est agrée du ministère de l’équipement en B8 et B9 catégorie 2.

Voici quelques réalisations faites par « RISEL INDUSTRIES »

Convoyeur

Caillebotis

Rampe de chargement

Sauterelle

Sommaire 1

MEMOIRE

Etude, Conception et Réalisation d’un broyeur de verre à marteaux

1 2 4 4

1. Introduction :

5

2. Introduction sur les verres plats :

5

finiti on : ............................................................................................................ 5 2.1. Dé

2.2. L es proprié té s du ver re : ....................................................................................... 6 3. Situation des verres :

7

3.1. L a situ ation nationale : ......................................................................................... 7 3.2. Situati on mondiale des verr es plats :. ................................................................... 8 4. Recyclage de verre :

8

4.1. Calcin in ter ne : ..................................................................................................... 8 4.2. Calci n externe : ..................................................................................................... 9 4.3. Avan tages : ............................................................................................................ 9 4.4. D é fini ti on du broyage : ....................................................................................... 11 5. Différents Types des verres plats :

12

5.1. L e verre clair : ...................................................................................................... 12 5.2. Le verr e tein té ...................................................................................................... 12 5.3. L e verre imprimé: ............................................................................................... 13 5.4. L e verr e feui lleté : ................................................................................................ 13 6. Technique de broyage:

15

6.1. Techn ique àmar teaux : ...................................................................................... 16 6.2. Br oyage àbar r es ou plaques de choc : .............................................................. 16 6.3. Br oyage àbilles et boul ets : ................................................................................ 16 6.4. Br oyage àcyli ndr es : .......................................................................................... 17 9. Conclusion:

22

1. Description du fonctionnement :

24

2. Schématisation :

24

2.1. I ntr oduction : ..................................................................................................... 25

2.2. Sch é ma ci né matique : ......................................................................................... 25 3. Démarche d’obtention de la solution finale :

26

3.1. Premi è re solution : M ontage impossible: ......................................................... 26 3.1.1. Ar bre :

27

3.1.2. M atrice :

27

3.1.3. I ndi cation sur la conception de la tr é mi e :

28

3.1.4. M ontage im possible :

29

3.2. Deuxi è me soluti on :

29

3.2.1. Au ni veau de la matrice :

31

3.2.3. Ré du cti on du nombr e de rangé e des mar teau x :

31

3.3. Soluti on fi nale : ................................................................................................... 32 3.3.1. Sé par ati on ar br e porte mar teau :

32

3.3.2. Assembl age matr ice :

34

3.3.3. Nou velles composantes :

34

3.3.4. Systè me de sé par ation :

35 36

4. Conclusion :

36 1. Introduction :

37

1.1. Etude du système du broyage : ............................................................................ 37 1.2. Motorisation de La machine : .............................................................................. 37 2. Calcul RDM :

38

2.1. Calcul de la Force nécessaire pour faire pivoté les marteaux : ............................ 38 2.2. Calcul du couple de broyage : .............................................................................. 38 2.3. Calcul de la puissance nécessaire : ...................................................................... 38 2.4. Calcul de la puissance moteur : ........................................................................... 39 2.5. Transmission par courroies : ................................................................................ 39 3.4.1. Vé rificati on de la ré sistan ce de la matr ice :

50

3.4.2. Vé rificati on de la ré sistan ce des marteaux :

50 50

1. Introduction :

51

2. Choix des matériaux :

51

2.1. L es aciers àtr è s haute r é sistan ce àl' usur e : ..................................................... 51 2.2. L es aci ers r é sistan t aux chocs : .......................................................................... 51

3. Caractérisation mécanique des verres :

53

3.1. E, modul e de Youn g : .......................................................................................... 53 3.2. Coeff ici ent de fr ottement : .................................................................................. 53 3.3. Coeff icient de Poisson µ : ................................................................................... 54 3.4. L a r é sistan ce aux chocs du ver re : ..................................................................... 55 3.4.1. Essai de chocs de corps durs :

55

3.4.2. Essai de chocs de corps mou s :

56

3.4.3. L a ré sistan ce àla flexi on du verr e: ................................................................. 56 4. Calcul de force résistante de verre :

57

4.1. Pose du Probl è me : ............................................................................................ 57 4.2. Dé monstr ation : .................................................................................................. 58 4.3. Ré sul tat et appl ication numé r ique : ................................................................... 59 5. Réalisation :

60

6. Conclusion :

61 62

Annexe A : Caractéristiques des broyeurs

1

ANNEXE B

1

ANNEXE B1

6

ANNEXE C

1

ANNEXE D

1

ANNEXE D1 : Transmissions par poulies et courroies

4

Liste de figures : Figure 1.1 Répartition de la production de verre en 2000.

6

Figure 1.2. Déchet de verre.

8

Figure 1.3. Exemple de verre clair.

12

Figure 1.4. Exemples de verres teintés.

12

Figure 1.5. Quelques exemples de verres imprimés.

13

Figure 1.6. Verre feuilleté.

14

Figure 1.7.Concasseur à Percussion.

17

Figure 1.8. Composition du broyeur à marteaux.

18

Figure 1.9.Concasseur à mâchoires.

19

Figure 1.10. Broyeur centrifuge à axe verticale.

20

Figure 2.1. Actigramme A-0 du broyeur de verre.

24

Figure 2.2. Schéma cinématique.

26

Figure 2.3. Pyramide de rentabilité technico-économique;

27

Figure 2.4. Assemblage arbre marteau.

27

Figure 2.5. Matrice.

28

Figure 2.6. Système d’alimentation.

28

Figure 2.7. Montage impossible.

29

Figure 2.8. Réduction du diamètre de l'arbre.

29

Figure 2.9. Changement des positions des couvercles.

30

Figure 2.10 .Trou de démontage de la tige.

30

Figure 2.11. . Assemblage matrice.

31

Figure 2.12 .Vue d’ensemble de la solution finale.

32

Figure 2.13 .Arbre en bloc (solution primaire).

32

Figure 2.14 . Assemblage arbre porte marteaux.

33

Figure 2.15. Porte marteau.

33

Figure 2.16. Arbre du broyeur.

33

Figure 2.17 . Assemblage matrice.

34

Figure 2.18.a. chapeau exterieur.

Figure 2.18.b. Chapeau interieur.

Figure 2.19. Système de séparation. Figure 2.20.a. Système de guidage. Figure 3.1. l’arbre moteur .

35 35

Figure 2.20.b. Assemblage du système.

35 43

Figure 3.2. Clavette parallèle [B].

44

Figure 3.3. Maillage de l’arbre.

48

Figure 3.4. Déformé de l’assemblage arbre marteau.

49

F igur e 3.5. Vérification de la matrice par la méthode des éléments finis.

49

Figure 3.6. Vérification de la matrice par la méthode des éléments finis.

50

Figure 3.7. Vérification des marteaux par la méthode des éléments finis .

50

Figure4.1. Module de Young.

53

Figure 4.2. Coefficient de poisson.

54

Figure 4.3. Résistance aux chocs du verre.

55

Figure 4.4. Essai de choc de corps durs / mous.

55

Figure 4.5. Résistance à la flexion.

56

Figure 1. Différentes composantes de la machine.

60

Liste de tableau : Tableau 1.1. Dates clés du verre. .............................................................................................. 5 Tableau 1.2. Propriétés des verres. ........................................................................................... 6 Tableau 1.3. Tonnage collecté et taux de recyclage, en 2005. .................................................. 9 Tableau 1.4. Les différents types de broyeurs . .............................................................. …….15 Tableau 3.1. Choix du coefficient de sécurité.......................................................................... 47 Tableau 3.2. Caractéristiques mécaniques du XC48................................................................ 48 Tableau 4.1. Choix des Aciers suivant les propriétés spécifiques...........................................52 Tableau 4.2. Contraintes de travail habituelles....................................................................... 57 Tableau 4.3. Essai de résistance des verres............................................................................. 59

Introduction Générale


Notre projet consiste à étudier et à concevoir un broyeur de déchet de verre. Ce travail s’inscrit dans le cadre de la collaboration du département de Génie Matériaux de l’Ecole Nationale d’Ingénieurs de Sfax avec la société

RISEL INDUSTRIES.

Conformément aux exigences du cahier de charges, notre tâche consistera à concevoir un broyeur qui garantira la granulométrie demandée du verre afin d’aboutir une qualité

optimale du verre pour le réutiliser. Pour ce faire, on commence par une étude bibliographique dans le premier chapitre sur le verre et ses types, la nécessité de recyclage, les différents types de broyeurs, enfin on s’intéresse au choix de la solution technologique.

Au deuxième chapitre on s’intéresse à la présentation de la machine et les différentes étapes qu’on a suivies pour obtenir la conception de cette solution technologique en utilisant le logiciel SolidWorks. Au troisième chapitre, on développe le calcul et le dimensionnement de notre solution. On vérifie la résistance mécanique des différentes pièces les plus sollicitées de la machine à l’aide des logiciels de

dimensionnement Abaqus, SolidWorks, Catia…

Au quatrième chapitre nous nous intéressons au choix des matériaux utilisés dans la machine principale : le broyeur de déchet de verre et la machine secondaire : La machine de calcul de force résistante de verre.

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Cahier de Charge

Sujet


Broyeur à marteaux pour déchet de verre.

Activités Façonnage et transformation du verre plat.

Produits Verres de sécurité, trempés ou contrecollés - Miroirs en verre - Autres verres plats façonnés.

Adresse usine

Industrie

RTE DE BIZERTE Z.I. - 2062 - CITE IBN KHALDOUN

Gouvernorat : Tunis SIALA INDUSTRIE DU VERRE est spécialisée dans le secteur et offre les produits suivants Verres de sécurité, trempés ou contrecollés - Miroirs en

verre - Autres verres plats façonnés. Besoin industriel Produit traité

Traitement des déchets de l’industrie

-

Verre Simple (seule couche)

-

Verre multicouche (séparé par une couche de résine).

-

Raison de recyclage : De granulométrie fine < 0,2mm

Utilisation du produit

-

Raison décorative avec de la peinture : De granulométrie moyenne [0,2mm-0,7mm]

-

La séparation des deux produits finis sera réalisée par deux tamis.

REMARQUE

Le refus de granulométrie > 0,7mm nécessite un broyage de



nouveau.

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Cahier de Charge


-

Rentabilité 100kg/h/j

-

Efficacité du tamis :

Exigences



70% pour granulométrie moyenne.

industrielles



20% pour granulométrie finesse.



10% pour broyage de nouveau

Etude

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-

Utilisation d’un moteur de vitesse de rotation 3000 tr/min

-

Propriétés des verres étudiés.

-

Choix des matériaux.

-

Solution pour lutter contre le rejet du produit broyé à l’entrée et à la sortie du broyeur.

-

Durabilité des marteaux (surface utile, durée de vie,…).

-

Réglage de granulométrie et efficacité des tamis.

-

Dimensionnement et études du comportement mécanique.

-

Réalisation.

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Etude bibliographique: Verres et broyeurs


Sommaire 1. Introduction 2. Introduction sur les verres plats 3. Situation des verres 4. Recyclage des verres 5. Différents types des verres plats 6. Techniques de broyage 7. Différentes solutions proposées 8. Critères de choix 9. Conclusion

Résumé : Ce chapitre est consacré à l’étude bibliographique sur les verres et les mécanismes utilisés pour le broyage.

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1. Introduction : Dans ce chapitre, nous allons présenter, un flash sur l’historique du verre, une introduction générale sur la production des verres spécialement le verre plat qui est notre produit à traiter, procédés de fabrication, recyclage et son importance, broyage, différents techniques et les machines existantes à l’échelle industriel pour aboutir ce but.

2. Introduction sur les verres plats : 2.1. Dé finiti on : Le verre est un matériau dur, fragile, amorphe (non cristallin), qui provient du refroidissement rapide de certaines substances après fusion présentant le phénomène de transition vitreuse. Il peut être opaque, translucide ou transparent. Il est malléable à chaud et aussi susceptible d'un poli parfait.

Tableau 1.1. Dates clés du verre. 3000 avant J.-C.

Perles de verre, colliers (Égypte).

1700 avant J.-C.

Texte relatif à la fabrication d'un verre (Mésopotamie).

1500 avant J.-C.

Objet en verre creux par moulage autour d'un noyau de sable.

Ier siècle avant J.-C.

Invention du soufflage en bouche à la canne et fabrication de vases utilitaires.

Ier siècle après J.-C.

Premières feuilles de verre utilisées en vitrage (Pompéi).

Xe

siècle Développement du vitrail.

XVIe

siècle Développement de la verrerie à Venise.

XVIIe

siècle Découverte du cristal au plomb en Angleterre e

Début du XX siècle 1960



Fabrication du verre à vitre par étirage vertical.



Fabrication automatique de bouteilles.

Découverte du procédé Float-glass (Angleterre).

Le Verre est parmi les matériaux les plus familiers. Il est utilisé sous plusieurs formes et pour des applications multiples, allant des verres creux (bouteilles) aux pares brises des automobiles en passant par le verre plat pour le bâtiment ou la miroiterie. PF E 2012/2013

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Figure 1.2 Répartition de la production de verre en 2000.

2.2. L es proprié té s du verre : Tableau 1.2. Propriétés des verres. Propriété Masse volumique à 18°C(*) Module de Young E (*) Coefficient de Poisson (*) Dureté Mohs (*) Température de fusion (***) Température de ramollissement (***) Coefficient de dilatation linéaire (*) Conductivité thermique (*) Capacité thermique massique “c” (*) Résistance à la rupture par flexion :

Valeur 2500 kg/m 3 70 000 N/mm2 0,2 6 1500°C 600°C 9.10-6 m/ (m.K) 1 W/ (m.K) 700 J/ (kg.K)

- verre recuit (**)

41,2 N/mm2

- verre durci (**)

(****)

- verre trempé thermiquement (**)

196,0 N/mm2

Valeur considérée pour les calculs de flexion: - verre recuit (**)

16,5 N/mm2

- verre durci (**)

(****)

- verre trempé thermiquement (**) Résistance à la compression (***) Coefficient de transmission thermique (verre simple de 4 mm) (*) Indice de réfraction “n” par rapport à l’air (*) PF E 2012/2013

49,0 N/mm2 1000 N/mm2 5,8 W/ (m2.K) 1,5 Page 6



Transmission lumineuse (verre simple de 4 mm) (***) Facteur solaire (verre simple de 4 mm) (***)

0,90 0,87

Emissivité normale d’un verre sans couche ou avec couche sans influence sur l’émissivité(*)

0,88

(*) Valeur extraite des normes NBN EN 572 [49] et NBN EN 673 [50]. (**) Valeur extraite de la norme NBN S 23-002 (STS 38) [61]. (***) Valeur extraite d’autres sources (non normatives) que les NBN EN 572, NBN EN 673

et NBN S 23-002. (****) La norme NBN S 23-002 (STS 38) ne donne pas de valeur de résistance à la rupture par flexion pour le verre durci; cette valeur ainsi que le coefficient de sécurité à appliquer doivent être précisés dans un agrément technique ou, à défaut, sont les mêmes que pour le verre recuit.

3. Situation des verres : 3.1. L a situation n ationale : En 2001, la Branche du verre comptait 45 entreprises, employant environ 1900 personnes, dont 24 entreprises sont dans la transformation industrielle du verre plat. La fabrication industrielle du verre creux est assurée par 5 entreprises. Le reste des entreprises opère dans des activités variées comme la décoration sur verre creux, la transformation du verre technique, le verre artistique soufflé, etc. [3] Pour la transformation du verre plat, on atteint un volume de production de : 

350 000 m2 de double vitrage contre, 177 000 m2 en 2000.



130 000 pares brises dont 15% à seraient destinés à l’exportation, contre 90 000 pièces en 2000.



145 000 Vitres latérales pour automobiles, contre 104 000 pièces en 2000tique soufflé, etc.

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3.2. Situati on m ondiale des verres plats : La demande mondiale en verre plat représente environ 45 millions de tonnes par an, dont environ 50 % provient d’Asie, 27 % d’Europe et 15 % d’Amérique du Nord. Elle se

répartit à raison de 70 % pour le bâtiment, 20 % p our l’ameublement et la décoration intérieure et 10 % pour l’automobile et les transports.

Au sein de la filière verre, le verre plat est le secteur d’activité ayant le mieux résisté à la crise. Après une année 2009 difficile (-17% en volume), la production a atteint 890.000 tonnes en 2010 soit une progression de 9% (1). Cette embellie est due principalement au dynamisme du marché de la rénovation dans le secteur de la construction résidentielle. Le chiffre d’affaires des fabricants de verre plat est estimé à 840 Millions d’Euros (2).

4. Recyclage de verre :

Figure 1.3. Déchet de verre. Le verre est un matériau qui se recycle à l’infini : il suffit de trier et de broyer le verre

collecté pour obtenir du "cal cin", c’est-à-dire des débris du verre qui, ajoutés à du sable, de la soude et de la chaux, serviront à fabriquer de nouveaux emballages. [4]

4.1. Calcin interne : De tout temps, les verriers ont recyclé leurs rebuts de fabrication dans les fours. Les quantités introduites, appelées de nos jours calcin interne, restaient modestes, de l’ordre de 10

% en poids de la composition vitrifiable. À partir des années 70Ce système fonctionne très bien et a permis d’accroître, de façon importante et régulière, le taux de recyclage du verre usagé dans les fours jusqu’à des valeurs proches de 90 %, par exemple, sur certains fours

bouteilles en verre coloré. PF E 2012/2013

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4.2. Calcin externe : Il est devenu progressivement une véritable matière première avec des exigences de qualité élevées pour permettre l ’élabor ation d’un verre de qualité identique à celui obtenu avec des matières premières conventionnelles. Aujourd’hui, cette pratique continue à

progresser dans le cadre des impératifs du

développement durable : on considère désormais le recyclage comme un outil stratégique pour l’industrie du verre. [4]

Recyclage en Europe : Total : 9 893 000 t. en 2005.

Tableau 1.3. Tonnage collecté et taux de recyclage, en 2005.

Allemagne France Italie Royaume-Uni Espagne Pays-Bas

2 521 000 t (86 %) 2 021 000 t (62 %) 1 312 000 t (62 %) 1 259 000 t (53 %) 745 000 t (45 %) 423 000 t (78 %)

Belgique Suisse Autriche Portugal Suède Danemark

318 000 t (92 %) 308 000 t (95 %) 207 000 t (83 %) 156 000 t (41 %) 155 000 t (96 %) 140 000 t (70 %)

Soit un taux de recyclage moyen de 64 % pour l'Union Européenne.

4.3. Avantages : 

Economie d'énergie : environ 1 % par 4 % de calcin utilisé



Protection de l'environnement :

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- elle réduit la quantité de matières premières avant d’être extraites : chaque tonne de calcin utilisé permet d'économiser 1,2 tonne de matières premières. - il va permettre de faire face aux contraintes environnementales, en particulier sur les émissions de gaz à effet de serre, qui touchent cette industrie. 

Préservation de la couche d’Ozone :

Moins d’émission de CO2 : jusqu'à 45% en moins de CO2 est produit. Emissions de

gaz carbonique : trois facteurs pris en compte : 

Recyclage et pureté atmosphérique font bon ménage : en supprimant les matières premières carbonatées, chaque tonne de calcin enfournée permet de réduire de 200 kg les émissions de gaz carbonique d’origine minérale fossile.



Amélioration du rendement énergét ique : sous l’impulsion des chocs pétroliers des années 70, la conception des fours verriers a intégré les considérations d’économie d’énergie, ce qui permet à l’industrie française du verre d’emballage de se situer, au

plan mondial, au meilleur niveau des performances énergétiques. Des gains supplémentaires sont encore possibles par le remplacement progressif des fours les moins performants et par une maîtrise optimisée de l’exploitation. 

Utilisation des différentes sources d’énergie : l’équipement des fours

en système

biénergie et l’augmentation de la proportion du gaz naturel dans le mix de

combustion contribue aussi à la réduction des émissions de co 2. L'utilisation du calcin et les différentes mesures prises au plan énergétique diminuent la quantité du gaz carbonique émise par l’industrie du verre d’emballage. 

Recyclage : 

Le verre peut être fondu et refondu à l’infini s ans perte de qualité.



amélioration sensible des mécanismes de fusion de la composition vitrifiable.



La quantité de déchets reste limitée.

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4.4. D é finiti on du broyage : Le broyage est un traitement s'appliquant à des déchets solides, en général relativement friables. Il ne nécessite aucune préparation particulière des déchets (à part une certaine homogénéité de taille). Le broyage consiste à réduire des morceaux de matériaux solides d'une taille donnée à une taille plus petite. Le principe est la fragmentation des morceaux par l'action mécanique de pièces plus résistantes, généralement métalliques. Un broyage est caractérisé par différents paramètres : 

La capacité d'admission (taille des plus gros blocs pouvant être traités par la machine).



Le rapport optimal de réduction, c'est à dire le rapport de la taille des pièces à la sortie sur la taille des pièces à l'entrée. Comme toutes les pièces ne sont pas de même taille, on raisonne à partir d'une taille seuil, obtenue pour 85% des pièces.



La distribution granulométrique en sortie.



Le coefficient de forme moyen, qui permet de caractériser la sphéricité des particules à la sortie.



Le coût de la maintenance.

Il existe plusieurs niveaux de broyage, dont les équipements utilisés produisent la granulométrie souhaité.

Le concassage : il permet d'obtenir des particules de taille au cm, et il est souvent utilisé en pré-broyage. Il se subdivise en concassage primaire, secondaire, tertiaire et quaternaire. Ce dernier est assimilable au broyage grossier.

Le broyage grossier : il permet d'obtenir des particules de l'ordre du mm. Le broyage fin : les particules obtenues varient de 10 à quelques centaines de micromètres. Le broyage ultrafin : il est peu utilisé et n'est nécessaire que pour certains types de recyclage, très spécifiques.

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5. Différents Types des verres plats : 5.1. Le verre clair : Le verre plat est fabriqué actuellement selon la technique dite du "flottage". Le verre s’obtient par fusion d’un mélange de matières minérales dans un four "float". La particularité

de ce procédé est de réaliser la coulée du verre en fusion sur une surface parfaitement plane et sans défaut : un bain d’étain en fusion. Le verre ainsi produit est un verre dit "recuit", n’ayant

pratiquement aucune tension interne.

Figure 1.4. Exemple de verre clair. Il existe 2 types de verres : 

le verre float clair qui garde une teinte légèrement verdâtre.



le float extra clair qui a un aspect plus blanc.

5.2. L e verre teinté Les verres teintés sont des verres float teintés dans la masse. Comme le verre float on retrouve différentes épaisseurs (de 3 à 12mm) pour des réalisations plus ou moins cossues.

Figure 1.5. Exemples de verres teintés. On distingue 4 couleurs de verre teinté, à savoir : bronze, bleu, gris et vert. PF E 2012/2013

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5.3. L e verre impr imé: Les verres imprimés sont des verres de 4 mm, plus ou moins translucides en fonction du motif et de la teinte choisie. Ils sont généralement utilisés dans les menuiseries intérieures comme les portes de séparations d’habitation ou dans les verrières

de toitures comme les

marquises [1].

Figure 1. 6. Quelques exemples de verres imprimés.

5.4. L e verre feui lleté : Le verre feuilleté est un assemblage de feuilles de verres et d'intercalaires de nature plastique. Les intercalaires peuvent se présenter sous forme de film, généralement en PVB (Poly-Vinyle-Butyral) ou EVA (Ethyle-Vinyle-Acétate), ou bien sous forme liquide, coulée entre deux verres (résine). Le verre feuilleté pour bâtiment fait l'objet de la norme EN ISO 12543. Ce verre de sécurité, composé de 2 vitrages collés par un film PVB, résiste à l'impact. Lors d'un choc avec un corps étranger, le verre se fendille, la fracture est localisée au point d'impact sans altérer la visibilité. L'intercalaire P.V.B. maintient les morceaux de verre en place, ce qui diminue le risque de coupure par éclats de verre. Il garde l'étanchéité de la paroi. De plus, l'énergie résiduelle du corps est absorbée par cet intercalaire ; le vitrage empêche donc le passage du corps si l'impact n'est pas disproportionné.

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Figure 1.7. Verre feuilleté. Applications :

Selon la nature des intercalaires, le verre feuilleté peut être: 

Résistant au vandalisme, à l'effraction ou aux tirs d'armes à feu, voire aux ouragans ou aux explosions.



Utilisé pour protéger les personnes de risques accidentels (pare-brise automobile,

protection contre la chute dans le vide en cas de bris du vitrage, etc.). 

Une protection contre les risques de coupure.



Une protection contre les rayons U.V.



Utilisé dans des parois pare-flammes ou coupe-feu jusqu'à deux heures (verre feuilleté à intercalaire intumescent).



De plus, le film P.V.B. peut constituer un élément décoratif très important soit en étant lui-même coloré, soit en étant associé à un support polyester décoré, soit en incorporant divers matériaux à effet décoratif (tissus, feuillage…) ou à caractère fonctionnel.



Il est utilisé également comme élément acoustique en assemblage double vitrage "asymétrique". Dans ce cas, on utilise un ¨P.V.B. ayant subi un traitement spécifique qui, en doublant ses capacités d'amortissement, améliore les performances acoustiques du verre feuilleté.

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6. Technique de broyage: Tableau 1.4. Les différents types de broyeurs [10].

Type de broyeur

Produits broyées

broyeur à deux

engrais, sels, coke,

cylindres lisses

charbon, verre

broyeur à deux

Engrais, produit chimique

étages broyeur à un

et sel Charbon, calcaire, gypse,

broyeur à cylindre denté cylindre broyeur à deux cylindres dentés broyeur à trois

sel et scories Calcaire, gypse, charbon, coke,…

Engrais, charbon, coke

cylindres dentés

et produit chimique

broyeur à quatre

Charbon, coke, calcaire,

cylindres

gypse et sel

Débit (T/h)

Rapport de réduction

250

1 :5

30

1 :4

1200

1 :6

2000

1 :6

50

1 :4

200

1 :4

1000

1 :6

5000

1 :4

2500

1 :20

1000

1 :20

300

1 :8

broyeur à agglomère chaud/

Aggloméré chaud

hérisson broyeur à double Rollsizer Broyeur primaire à Broyeur à percussion percussion

lignite, charbons, roches tendres à mi-dures, minerais, craie, gypse, calcaire, …

Calcaire, gypse, potasse, stériles de découverte, scories.

Broyeur

calcaire, gypse, charbon, sels,

secondaire à

céramique.

percussion Broyeur giratoire

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Granite, Basalte, Diabase, broyeur giratoire

Roches dures, Calcaire, Minerais, Scories.

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Broyeur à broyeur à granite, basalte, diabase, mâchoire mâchoire calcaire, minerais, scories simple effet Broyeur centrifuge Produits alimentaires :le sel… Broyeur

à axe vertical

centrifuge

Broyeur centrifuge à broches

Matières minérales…

Broyeur à

Broyeur à

Matières durs, mi-durs, rebuts

marteaux

marteaux

de céramiques, verres, gypse

400

1 :7

15

Variable

15

Variable

300

1 :8

Broyeur sécheur à

Matières très humides,

400

marteaux Suivant le

Broyeur à meules

Produits alimentaires

diamètre

Variable

de la meule

6.1. Technique àmar teaux : Broyeurs à marteaux : ils comportent un ou deux rotors équipés de marteaux en acier à haute teneur en manganèse. Ce sont les seuls équipements utilisés pour le broyage des ferrailles, des carcasses automobiles et des ordures ménagères. Ils sont parfois utilisés également pour le concassage de produits moyennement abrasifs, durs ou semi durs, mais résistent moins bien à l'usure, dans ce cadre d'utilisation, que les concasseurs à cylindres.

6.2. Br oyage àbarres ou pl aques de choc : Ils sont constitués d'acier à haute résistance, et des plaques d'usure interchangeables qui recouvrent les plaques de choc. Ils sont utilisés pour le broyage grossier (concassage quaternaire), en particulier pour les produits durs et abrasifs (roches par exemple). [8]

6.3. Br oyage àbilles et boul ets : Les matériaux constituants les billes ou boulets sont variés (cuves en acier revêtu de Corindur à haute teneur en alumine, en porcelaine ou en manganèse, billes en alumine frittée,

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porcelaine ou acier revêtu de Corindur). Ils sont utilisés pour les gros débits de broyage. Ils servent au broyage grossier comme au broyage fin.

6.4. Br oyage àcyli ndr es : La matière passe entre deux cylindres et ressort sous forme de plaquette friable. Ce type d'appareil est souvent utilisé en pré-broyage ou en broyage hybride. Outre le concassage des produits moyennement abrasifs, il peut servir pour le concassage de produits mous, collants, élastiques ou fibreux.

7. Différentes solutions proposées 7.1. Premi è re solution : Broyeur àPercussion Pri ncipe de fon ctionn ement :

Le Concasseur à percussion, souvent utilisé pour le concassage secondaire. Parmi les séries existantes on peut citer la série PF qui est le concasseur à percussion le plus récent et le plus populaire et qui fournit une solution cliente à faible coût, des performances exceptionnelles, un bon aspect esthétique, un faible coût à l‘échelle des autres matériaux.

Concasseurs à percussion sont mieux adaptés aux traitements de calcaire et largement utilisé dans le concassage du minerai, ferroviaire, produits chimiques, du ciment, de construction et autres industries.

Figure 1.8.Concasseur à Percussion.

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Avantages : 



Grande ouverture d’alimentation. Forme cubique du produit final et la taille réglable de sortie.



Marteau en Chrome et plaque spéciale de choc.



Adoption de la technologie de bras hydraulique, entretien facile.

I ncon vé nients : 

Importante consommation de Puissance.



Faible capacité de broyage.



Faible précision du Système de réglage de granulométrie.

7.2. Concasseur àmar teaux : -

Pri ncipe de fonctionn ement :

Le concasseur à marteaux est largement utilisé dans une variété d'industries. Il peut être utilisé pour concassage primaire, concassage secondaire, voire dans un troisième stade de concassage. Il peut séparer la grande taille et de petite taille en deux parties directement.

Figure 1.9. Composition du broyeur à marteaux.

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-


Avantage : 

Structure simple.



Facile à utiliser et à entretenir.



Rentabilité financière (Economie et à moindre cout).



Avec une grande taille d'alimentation à l’entrée comme à la sortie.

- L acunes du concasseur àmar teaux: 

Usure des marteaux.



Contrôle et suivie des grilles du tamis.

Surtout dans les conditions suivantes : 

Matériaux à broyer en substance dure.



Matériaux à broyer humides et/ou collants.

Ces conditions favorisent le bouchage des mailles du tamis pouvant atteindre 90% de la surface de tamisage, et le disfonctionnement du système de broyage (Marteaux et Matrice) causant ainsi un frottement intensif arrivant parfois à l’arrêt de la machine.

7.3. Troisième solution : Concasseur à mâchoires -

Pri ncipe de fon ctionn ement :

Le concasseur à mâchoires s'adapte au concasseur moyen dont les matériaux de taille moyenne ayant une résistance à la compression de 320 Mpa (maximum). Il est considérablement utilisé dans le domaine des minerais, des métallurgie, des matériaux à construction, la fusion, la route, l'industrie chimique, le chemin de fer, les travaux hydrauliques et d'autres industries etc. [5]

Figure 1.10.Concasseur à mâchoires. PF E 2012/2013

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


Avantages :

Cette série dispose de la plus large ouverture d'alimentation et des plus longues mâchoires ainsi que d'une plus grande course de concassage, haute fiabilité et efficacité.





Fiabilité du Système de Lubrification, et facilité d’entretien. Structure simple.



Stabilité du système avec faible coût.



Système de réglage rapide et sûr.



Économie d'énergie.



Commodité d’installation et de désinstallation

grâce aux Crochets de levage prévues

dans la machine. -

I ncon vé nients :



Sensible à l’abrasivité du produit à concasser.



Difficulté de passage en cas de matériaux collant. [5]

7.4. Quatrième solution : Br oyeur centrifuge àaxe vertical : -

Pri ncipe de fon ctionn ement : L’alimentation en matière se fait à partir de la zone (A), puis le broyage se fait dans la

zone (B) par un rotor et sous l’effet de force centrifuge. La matière passe à travers la grille de

sélection (C) dont elle subit un nouveau broyage pour aboutir à la granulométrie désirée.

Figure 1.11. Broyeur centrifuge à axe verticale.

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-


Avantages



Il peut produire diverses granulométries grâce à la facilité de changement de la grille.



Il est caractérisé par des dimensions réduites.



La capacité de broyage importante.

-

I ncon vé nients



Importante Puissance consommée.



La fabrication de la grille de sélection est assez délicate.



Possibilité de bouchage et de colmatage au niveau de la grille de sélection.

8. Critères de choix du broyeur : 

Per for mance, usage et prix :

Le rapport de réduction de destruction des matériaux varie selon la technique utilisée. Il est de 10 à 12 pour le broyeur à barres ou plaques de choc, par contre, de 20 à 30 pour le broyeur à marteaux. Le débit est lui aussi très variable : de 100 à 2000 t/h pour les broyeurs à marteaux, de 40 à 800 t/h pour les broyeurs à barres ou plaques de choc et seulement de 150kg/h à 120t/h pour les broyeurs à galets. 

Capaci té d' admi ssion : Les dimensions de la chambre d’alimentation varient

selon le type de broyeur utilisé :

pour les broyeurs à marteaux ils peuvent arriver à H=1000 ; l= 1800 ; L=3200 mm, pour les broyeurs à plaques de chocs H=400 ; l=1200 ; L=2900mm. Après cette étude, on a retenu la solution d’un broyeur à marteaux vu qu’elle répond

aux exigences demandées. Les avantages de ce système sont : 

Longue durée de vie.



Facilité de remplacement des pièces de rechange.



Simplicité de la réalisation et de la maintenance.

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


Rendement du produit fini assez important grâce à la précision de système de réglage de granulométrie.

9. Conclusion: Dans ce chapitre nous avons introduit le verre plat en terme historique. Dans ce contexte la nécessité de recyclage devient évidente. Donc, nous avons mentionné les avantages du recyclage et l’étape principale sur laquelle est fondée : le

broyage des déchets de verre.

Outre, nous avons présenté les différents types des verres plats ainsi que les machines existantes à l’échelle industrielle dont on puisse choisir selon des critères bien définis la

solution technologique la plus adéquate répondant aux exigences industrielles.

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Présentation de la machine


1. Description du fonctionnement. 2. Schématisation. 2.1. Introduction. 2.2. Schéma cinématique. 3. Démarche d’obtention de la solution finale.

3.1. Première solution : Montage impossible. 3.2. Deuxième solution : Récupération du montage. 3.3. Troixième solution : Solution finale. 4. Conclusion.

Résumé :

Ce chapitre est consacré à la présentation de la machine est les différents démarches d’obtention.

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1. Description du fonctionnement : L’alimentation des déchets de verres se fait à travers la trémie concernée par l’étude. La

partie supérieure de trémie est couverte pour empêcher l’éclaboussement aléatoire des grains de verre broyé. Donc le verre entrant va être guidé par la trémie pour passer entre les marteaux et les matrices afin d’être broyé puis transporté par l’évacuateur à travers des tamis pour le tamisage. Le broyeur est actionné par un moteur électrique et l’entrainement de cylindre se fait par

une transmission par poulies et courroies. La distance entre les deux tamis est réglée afin de contrôler la taille du grain. Pour cela, un moteur vibratoire est monté pour assurer le bon fonctionnement des tamis. Une recherche a été faite pour déterminer la granulométrie demandée, sur laquelle se déclenche notre étude de ce type de broyeur.

2. Schématisation : La machine comprend 3 sous-systèmes : • Système de Remplissage : assur ant

le remplissage du déchet de verre.

• Système d’entrainement : assur ant la réduction de taille de verre. • Système de tamisage : assur ant la séparation des différents produits.

Actigramme A-0 :

Verre plat

Verre broyé

Broyer le verre

Broyeur de verre

Figure 2.12. Actigramme A-0 du broyeur de verre.

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2.1. I ntroduction : La schématisation est l’opération qui consiste à tracer dans un but précis, une figure simple, condensée, mais cependant fidèle à la réalité d’un objet technique. L’intérêt que présente la schématisation pour une

rapide et efficace communication est

souvent justifié par : - Son aspect graphique : C’est une figure, donc facile à lire. - Son aspect didactique : A l’effet de montrer, de faire saisir rapidement, d’un seul coup d’œil.

- Son aspect méthodologique : Faire abstraction des particularités (jugées non significatives par rapport au but didactique). - Son champ d’application : Disposition générale d’un appareil (ensemble) ou succession d’états (schéma évolutif) d’un être.

2.2. Sché ma ciné matique : - C’est le seul schéma normalisé. Il représente de manière symbolique les degrés de liberté entre les différents éléments du mécanisme. - Les différentes liaisons élémentaires sont le sujet de la norme E04.105. Cependant la modélisation des liaisons n’est pas toujours évidente. Certains problèmes peuvent être

rencontrés lors du choix du modèle.

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Figure 2.2. Schéma cinématique.

3. Démarche d’obtention de la solution finale : Dans cette partie nous introduirons les différents essais préliminaires de conception du système de broyage à marteaux. Les défis des différents modèles et les leurs corrections seront indiqués.

3.1. Premi è re solution : M ontage impossible: La première conception de la machine a été comme étant un prototype. En vérifiant la démarche de montage après la conception de la partie motrice de la machine, nous avons constaté les problèmes suivants : 

Usinage de l’arbre

(partie porte marteaux) : Fraisage impossible à cause de la

profondeur très important par rapport à la longueur d’outil. 

Perte de matière : L’excès de la matière première, au niveau de l’arbre et porte marteaux, est indésirable industriellement.

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excé de matière

cout plus élevé

moin de profit

Figure 2.3. Pyramide de rentabilité technico-économique. 

Epaisseur des marteaux très faible : Une telle épaisseur risque de détériorer le système de broyage. Cette constatation est conclue.

3.1.1. Ar bre :

Figure 2.4. Assemblage arbre marteau. 3.1.2. M atri ce :

Les problèmes trouvés vis-à-vis la matrice sont comme suit : 

La matrice ne peut pas résister de point de vue résistance au choc.



Les nervures soumises ne peuvent pas résister aussi.



En point de vue matière utilisée, nous avons remarqué une perte de matière.



La

non

existence

d’un

porte

marteau

séparée

peut

provoquer

que

tout

endommagement du marteau va provoquer une infection immédiate de tout le système.

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Figure 13.5. Matrice. 3.1.3. I ndi cation sur la conception de la tr é mi e :

De point de vue conception mécanique, il faut que l’ouverture de la trémie soit adéquate à la zone occupé par la série des marteaux afin d’assurer le broyage de tout le produit versé. Un système d’anti rejet de verres broyés est demandé (résolution du système de rejet des

débris à partir de l’entrée).

Figure 14. Système d’alimentation.

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3.1.4. M ontage impossible : Le diamètre de l’arbre est de 180 mm (couleur bleu) et l’ouverture du bâti et des

couvercles sont de diamètre 160 (figure 2.7). Donc on ne peut pas démonter l’arbre.

Figure 2.7. Montage impossible. D’où il faut chercher une autre solution afin de se débarrasser de ce problème : Montage

impossible.

3.2. Deux iè me solution : 

Réduction du diamètre de l’arbre à 120 mm au lieu de 180mm.

Figure 2.15. Réduction du diamètre de l'arbre. 

Déplacement des deux couvercles à l’extérieur du bâti (solution: Couvercle intérieur et

extérieur de part et d’autre du bâti). PF E 2012/2013

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positions des couvercles. Figure 2.16. Changement des positions 

Perçage d’un trou à travers les couvercles afin de permettre le démontage de la tige de

fixation des marteaux.

Figure 2.10.Trou de démontage de la tige.

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3.2.1. 3.2.1. Au ni veau veau de la matri ce :

Figure 2.11 Assemblage .Assemblage matrice. - L’ajout d’une pièce en U soudée pour fixer la matrice comme la montre la figure 2.11 : : Porte matrice. 2.11 - Augmenter l’épaisseur de la matrice pour assurer la résistance mécanique. - L’utilisation des cales comme étant deux butés pour centrage de la matrice. 3.2.3. 3.2 .3. Ré Ré duct du ctii on du n ombr om br e de r an gé e des m ar teau x :

La réduction de nombre de rangée, choisi arbitrairement, de 12 à 6 rangées a pour but la réservation d’un espace de montage et de démontage des tiges de fixation des marteaux.

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3.3. 3.3. Soluti on fi nale :

Figure 2.12. Vue d’ensemble de la solution finale. -

L’arbre (en bleu) a été en un seul bloc dans les solutions

précédentes. précédentes.

Figure 2.17 Arbre .Arbre en bloc (solution primaire). 3.3.1. Sé par ati on ar bre br e porte por te mar teau :

- La cause de séparation de l’arbre et portes marteaux est que la fabrication de l’arbre en bloc est très difficile (figure (figure 2.14). 2.14).

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Figure 2.14. Assemblage arbre porte marteaux. - La couleur bleu dans la figure 2.14 et figure 2.15 se réfère aux portes marteaux :

Figure 2.18. Porte marteau. Les trous percés à travers les portes marteaux sont les trous de passage des tiges de fixation des marteaux. L’épaulement exécuté sur les portes marteaux est calculé de telle sorte que les marteaux se déplacent librement et sans coincement. Epaulement = épaisseur du marteau + 0.2 mm. Ainsi nous évitons toute possibilité de détérioration du système de broyage, précisément l’alignement entre les marteaux et les dents de la matrice. - La couleur marron dans la figure 2.16 se réfère à l’arbre :

Figure 2.16. Arbre du broyeur.

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La conception de l’arbre a été modifié de manière quelle serait proportionnelle aux

nouvelles dimensions. La réduction de nombre de rangé des marteaux modifie le positionnement de clavette est la dimension de l’arbre.

3.3.2. Assemblage matr ice :

Figure 2.197 . Assemblage matrice. Cet assemblage est composé de trois pièces ( figure 2.17) la matrice, porte matrice et le bâti. Ils sont assemblés deux à deux respectivement. 

Les deux premiers par des vis et pieds de centrage.



Les deux derniers sont soudés. - Pieds de centrage : Comme son nom l’indique les pieds de centrage sont conçus pour centrer la matrice par

rapport aux marteaux. La symétrie des vis de fixation des matrices et des pieds de centrage a pour but de faire renverser les deux matrices pour un deuxième usage. 3.3.3. Nou velles composantes : Pour assurer un broyage complet pour le verre on a constaté beaucoup d’espace libre

dans la partie dédié pour le système de broyage. Donc on a créé une forme cylindrique ( figure 2.18.a) pour éliminer les espaces non fonctionnels (zones mortes). L’espace consacré pour le réglage a besoin

aussi d’être recouvert. Comme nous illustre

la figure 2.18.b. La solution la plus adéquate pour empêcher le verre de descendre sans être broyé. Le chapeau extérieur est fait aussi pour protéger le verre de ne pas rester de part et d’autre des dents de la matrice.

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Figure 2.18.a. chapeau exterieur.

Figure 2.18.b. Chapeau interieur.

3.3.4. Systè me de sé paration :

Figure 2.19. Système de séparation.



Porte tamis :

Figure 2.20.a. Système de guidage.

Figure 2.20.b. Assemblage du système.

Un système de guidage est nécessaire pour le montage et le démontage des tamis. Pour ceci nous avons conçu un système de guidage oblique (figure 2.19.a) pour faciliter l’opération, et pour minimiser le

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nombre de pièces à démonter lors de leurs remplacements.

Page 35



4. Conclusion : Nous avons conçues à la réalisation d’un broyeur à marteaux pour verre

dont les

caractéristiques sont : 

Type du verre : verre plat.



Dimension : 470 x 230.



Taux de production : 100 kg/h.



Granulométrie : - Granulométrie moyenne comprise entre [200µm, 500µm]. - Granulométrie fine inférieure à 200µm.



Coût minimum.

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Calcul et Dimensionnement


1. Introduction 1.1 Etude du système de broyage 1.2. Motorisation de la machine 2. Calcul RDM 3. Modélisation 3.1. Introduction 3.2. Modélisation par éléments finis 3.3. Vérification de la résistance mécanique de l’arbre 3.4. Vérification de la résistance mécanique de la matrice et du Marteau 4. Conclusion

Résumé : Ce chapitre est consacré au calcul dimensionnels des composantes de la machine aussi que la simulation des pièces les plus sollicitées.

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1. Introduction : Le broyage est une opération qui a pour but de réduire la granulométrie du verre avec des contraintes obéissantes à la demande de l’industrie. Comme les contraintes industrielles nous exigent d’utiliser

le broyeur à marteaux,

lors de ce chapitre on aborde une étude détaillée du mode du broyage concernant le calcul d’effort

en définissant les notions des forces, de pression, du couple, du choix du moteur, et

des courroies…

On va présenter les différentes études faites sur la structure interne et externe du broyeur afin d’avoir une machine qui est rigide et résistante aux contraintes mécaniques, pour cela on utilise les outils classiques de calcule RDM ainsi que les logiciels de la CAO.

1.1. Etude du systè me du broyage : Le système étudié est constitué d’un broyeur à une série de marteaux pour

le

traitement des déchets de verre plats, assurant la réduction de taille des grains par passage de la matière entre les marteaux et les deux matrices. Le cas étudié est celui d’aboutir à des petits grains d’ordre de 0.7 mm destinés pour la décoration, et des grains inférieurs à 0,2 mm pour le recyclage. Ce broyage est effectué à par tir du verre plat d’épaisseur et de taille différents.

1.2. M otorisation de L a machi ne : Les fabricants industriels et les installations tertiaires font appel à une grande variété de machines, alimentées par des énergies diverses. Toutefois, l’énergie électrique est prépondérante

car pour des raisons techniques ou

économiques, la plupart des dispositifs mécaniques mis en œuvre dans l’industrie sont

entraînés par des moteurs électriques. Les moteurs asynchrones triphasés sont les plus utilisés, notamment les moteurs à M90L2 comptent parmi les plus utilisés pour l’entraînement des machines. Ces moteurs s’imposent en effet dans un grand nombre d’applications en raison des avantages qu’ils présentent : Robustesse, simplicité d’entretien, facilité de mise en œuvre et

faible coût. [Annexe C]

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Page 37



2. Calcul RDM : 2.1. Cal cul de la F orce né cessaire pour faire pivoté les mar teaux : La détermination de la force est détaillée dans le chapitre qui suit : PRESENTATION

DE LA MACHINE DE CALCUL DE FORCE.

2.2. Calcul du coupl e de broyage : Le couple de broyage est obtenu à partir de l’effort radial

des marteaux sur le verre.

Le calcul du couple de broyage peut se décomposer comme suit : C= F.d

(3-1)

C=44,46 * 0.137 A.N :

C=6.091 N.m

2.3. Cal cul de la pu issance né cessaire : La transmission est assez facile à concevoir et souple à être employer, elle donne une grande liberté pour positionner les organes moteur et réducteur de vitesse économique. Elle remplace de plus en plus souvent les engrenages, les arbres, les paliers et diverses transmissions rigides. De plus, dans la mesure où ces éléments présentent une certaine élasticité, elles réduisent et amortissent les vibrations, atténuent les chocs et les à-coups de transmission, ce qui augmente la durée de vie de n’importe quelle machine. Silencieuses, elles sont surtouts utilisées aux vitesses élevées avec de grands entraxes possibles entre poulies. La tension initiale des courroies est indispensable pour garantir l’adhérence et assurer la transmission du mouvement.

La puissance est donnée par la formule suivante : P=C.w=C

πN

(3-2)

30

Pour un choix de vitesse de rotation du moteur : N =2850 tr/mn on a : AN

PF E 2012/2013

     

 

Page 38



      

2.4. Calcul de la pui ssance moteur :   

Calcul du couple moteur :





       



(3.3)

 

    

Calcul de force motrice :



 

(3.4)

 

AN : 

 

   

Le moteur à utiliser est de puissance :

P= 3.6 kW

2.5. Tr ansmission par cour roies : Les conditions à remplir par la transmission : - M oteur é lectrique : P

=3.6 kW

n =2850 tr /min

Service : 1 heures par jours, avec capacité de 100 kg/heure, démarrage fréquent. -Broyeur :

Vitesse de broyage : N=2850tr /min PF E 2012/2013

Page 39



Calcul de la puissance corrigée P’ :



Pour répondre aux conditions de travail, l’abaque

(Annexe D1) permet de choisir le

coefficient de service : S =1,25 (couple très variable).     

Sachant que :

(3.5)

    

On trouve :

P’ = 4.5 kW

Calcul du rapport de transmission R :



Le rapport de transmission est donné par :

(3-6)

R= Sachant que vitesse de rotation de l’arbre du broyeur est égale à la l’arbre du moteur.

vitesse de rotation de

N=n=2850 tr/min

On trouve : R=1

Choix de la section de la courroie :



On a P ’ =4.5kW et N=2850tr /min. Ainsi l’abaque (Annexe D1) nous offre le choix entre les courroies de type SPC, SPB ou SPZ . Les données qu’on dispose ne nous permettent pas de conclure sur un type précis.

Choix du diamètre de la poulie réceptrice :



On a :

(3.7)

D=R*d

Avec d=120mm diamètre de la petite poulie et R représente le rapport de transmission, ainsi on trouve : D=d=120mm D’après l’abaque (Annexe C2), la valeur de diamètre normalisé la plus proche à celle

calculée nous permet de choisir les courroies de type SPZ, de diamètre D=204mm 

Calcul de la vitesse de la courroie : 

 



 

(3.8)

D=120 mm N=2850 tr /min

AN:

PF E 2012/2013

V=17,9 m/ s

Page 40





Choix de la longueur de la courroie : La longueur de la courroie est donnée par la formule : [2] 









          

(3-9)



          

A.N:



L '=1265 mm

CL = 1 (Facteur de correction) 

Calcul de l’entraxe E correspondant

-

L’entraxe minimal : 

(3.10)

          

  

-

L’entraxe maximal :

        

(3.11)

   L’entraxe est donné par :

(3-12)

E = E' + A.N: 

E=466.5 mm.

Puissance admissible P a : (3-13)

              

   .





 

(3-14)

    

Détermination du facteur a : Le facteur a est déterminé par l’abaque en connaissant :

Ainsi on trouve: a =0.96 De plus : α

=

PF E 2012/2013

180 – 60

= 180°

(3-15)

Page 41



Calcul de la puissance par courroie Pc



La puissance par courroie est donnée par la formule : [2]

(3-16)

Pc= a * Pa A.N:

Pc= 6.144 kW

* Nombre de courroies : X=

(3-17)

X =2

A.N:

Ainsi, on conclut que notre transmission nécessite 2 courroies. . Calcul du diamètre de l’arbre moteur : 2.6

L’ar bre est soumis à une double sollicitation flexion-torsion, pour une sollicitation fictive de flexion simple telle que le moment fléchissant fictif appelé moment idéal de flexion et donnée par la relation suivante: mfidéal =0.5mf +0.5 mf 2 +mt 2

-

mf = moment de flexion.

-

m t= moment de torsion.

(3-18)

Le moment idéal de torsion peut se calculer au moyen du moment fictif de torsion par la formule suivante qui est déduite des théories de Coulombs et de Guest. mtidéal = mf 2 +m t 2

(3-19)

Il faut que l’arbre vérifie: Les conditions de résistance d ’a près : mfidéal :σ max =

mfi I

.V.Rp

(3-20)

Les conditions de résistance d ’a près : mtidéal : tmax =

. R .R pg

(3-21)

On développe les deux conditions de telle façon qu’on cherche le diamètre de l’arbre

moteur ( voir dessin d’ensemble),

PF E 2012/2013

Page 42



Figure 3.1. L’arbre moteur . d

3

d

3

32m Fidéal ΠR p

(3-22)

32m tidéal ΠR pg

(3-23)

Avec : R p =

R e S

: Résistance pratique

(3-24)

Le matériau de l’arbre est l’acier X200Cr12(Z200) qui a u ne Re = 340Mpa On adopte un coefficient de sécurité S=6 : Cas de choc (5≤ S≤ 8). (Annexe B) D’où R p = 57,5 Mpa

Résistance pratique au glissement du matériau (Z200), R p g 

0.7 Re S

(3-25)

R pg =40.25Mpa mt = C

(3-26)

mf =

(3-27)

A.N : mt = 671.53N.m mf =16337 N.m m F(idéal) =18303.8N.m mT (idéal)= 20270.6N.m

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Page 43



D’où

dt ≥23.53mm df ≥14.93mm dT ≥20.21mm dF ≥15.5mm d =40mm

2.7. Calcul de la clavette :

Figure 20. Clavette parallèle [D]. Les dimensions de la section a et b sont déterminées pour le diamètre de l ’arbre d=40mm; a=12, b=8, la longueur l est calculée au cisaillement (résistance) et au matage (pression de contact). 

Contrai nte au cisail lement :

Moment du couple est défini par : M=F r * R

(3-28)

Fr : effort tangentiel (en N). R: rayon de l’arbre (en mm). La contrainte de cisaillement dans la clavette se calcule par la relation suivante: τ=

Fr a.l

 τ p

(3-29)

τ p : est la contrainte pratique de cisaillement : τ p PF E 2012/2013

= R pg / s

(3-30) Page 44



Or S=6 AN:

τ p = (0.5* R p)/6

τ p = 300 N/mm².

On peut tirer l à partir de la relation (3-30) : 

AN:

 

  

         



Pression de matage : La pression spécifique qui se développe d’une part entre la clavette et l’arbre et d’autre

part entre la clavette et le moyeu ne doit pas dépasser une valeur admissible. p 

Fr

 b / 2 .l

 pad  l 

F r

 b / 2 .pad

(3-32)

Pad : la pression de matage admissible : P ad =150 N/mm², Lmat=2F/Pad *b

(3-33)

AN: Lmat=3.75mm 

Clavette pour l’arbre moteur :



 

  

   

 

   N/mm2

 

   

Lsic=3.809 mm    

PF E 2012/2013

 

Page 45



  

2.8. Choi x des roul ements : Les facteurs qui peuvent intervenir lors du choix des roulements sont : 

Charge et direction de la charge.



vitesse de rotation.



température de fonctionnement.



Frottement de roulement, de glissement et influence du lubrifiant.



Rigidité des roulements.

Dans notre cas on a une charge radiale importante et une charge axiale négligeable. Vue que le diamètre de l’arbre choisi, d=40mm, on a choisi des roulements SKF série

302, (Voir annexe B).

3. Modélisation : 3.1. I ntr oduction Afin d’assurer une bonne tenue en service du système étudié, une vérification des conditions de résistance mécanique des différentes pièces fonctionnelles sollicitées à des efforts importants est nécessaire. Pour cela, nous procédons dans ce chapitre à une modélisation en utilisant d’une part la méthode des éléments finis et d’autre part les formules de la résistance des matériaux pour la vérification des dimensions de certaines pièces.

3.2. M odé lisation par é lé ments finis : Dans cette partie, les pièces seront étudiées par les logiciels de conception Solid

Works et le logiciel de dimensionnement par éléments finis Abaqus. Le critère de Von Mises est utilisé pour la vérification de résistance des diverses pièces du système. En effet, en chaque partie de la structure, on doit vérifier que la contrainte équivalente de Von Mises est inférieure à la contrainte admissible. σéq<σadm

(3-34)

La contrainte équivalente de Von Mises s’écrit : 

éq





2 x

  y 2   z 2   x y   x z   y z  3 xy2  3 xz2  3 yz2

(3-35)

Où σ est le torseur de contraintes qui s’écrit :

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Page 46



  x      xy   xz 



 

   yz    z  

xy

xz

y

yz

(3-36)

La contrainte admissible, pour un problème statique est donnée par la relation suivante :  adm



Re

(3-37)

s

Où Re est la limite d’élasticité du matériau et s est le coefficient de sécurité, il est choisi

à partir du tableau 3.1.

Tableau 3.1. Choix du coefficient de sécurité. Coefficient de sécurité 1.5 à 2 2à3

Conditions générales de calcul Cas exceptionnels de grande légèreté. Hypothèses de charges évaluées. Construction où l’on cherche la légèreté (aviation).

Hypothèse de calcul les plus défavorable.

3à4

Bonne construction, calcul soigné.

4à5

Construction courante

5à8 8 à 10 10 à 15

Calcul sommaires, efforts difficiles à évaluer (cas des chocs, mouvement alternatifs…)

Matériaux non homogènes, chocs, élingues de levage. Chocs très importants très mal connus (presse). Ascenseurs.

En adoptant un coefficient de sécurité s égale 2, la c ontrainte admissible de l’acier XC48 sera : 

adm

 175Mpa

.3. Vérification de la résistance mécanique de l’arbre du broyeur 3 3.3.1. Appli cation du cri tè r e de Von M ises :

Le matériau utilisé pour la fabrication de l’arbre du broyeur est le XC48. Les caractéristiques mécaniques de ce matériau sont données par le tableau suivant.

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Tableau 3.2. Caractéristiques mécaniques du XC48 Caractéristiques

Valeurs

Module d’élasticité E (Mpa)

2.1 10

Coefficient de poisson

0.3

Module de cisaillement G (Mpa)

80000

Masse volumique (Kg/m3 )

7876

Limite d’élasticité Re (Mpa)

350

Résistance à la rupture Rr (Mpa)

780

On applique sur l’arbre la méthode des éléments

finis en créant un maillage adéquat

sur cette pièce.

Figure 21. Maillage de l’arbre. L’arbre est soumis aussi à un effort de broyage uniformément réparti sur les de ux

épaulements de valeur 44.46N. Les conditions aux limites et le type de chargement sont présentés sur la figure 3.3. L’étude statique permet la détermination des distributions des contraintes de Von mises

La représentation des iso contraintes de Von Mises pour la pièce est illustrée sur la figure 3.8

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Page 48



Figure 3.4. Distributions des déplacements dans l’arbre. Les résultats numériques montrent que la contrainte maximale de Von mies est localisée au niveau de l’extrémité de l’arb re sur la quelle monté les roulements. Elle a pour valeur

:

σmax =4.8 Mpa<σ adm = 175Mpa. La condition de résistance est donc vérifiée.

Le déplacement maximal est de 0.47 mm. Les déplacements sont ainsi faibles et ne gênent pas le bon fonctionnement de l’arbre.

3.3.2. L a dé for mé

La déformé représente la déformati on élastique de tout l’assemblage de système de broyage qui se traduit physiquement par une variation de la trajectoire de l’axe et qui est pratiquement la somme des flèches prises par les composants sous l’effet de la force de broyage.

Figure 3.5. Déf ormé de l’assemblage arbre marteau.

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3.4. V é rificati on de la ré sistance de la matr ice et marteau : 3.4.1. Vé r ificati on de la r é sistan ce de la matr ice :

Figure 3.6. Vérification de la matrice par la méthode des éléments finis. - Déplacement maximal de la matrice : 1,24. 10 -3mm. - Contrainte maximale de la matrice : 5.44MPa .

3.4.2. Vérification de la résistance des marteaux :

Figure 3.7. Vérification des marteaux par la méthode des éléments finis. - Déplacement maximal du marteau : 1,2. 10 -2mm.

4. Conclusion D’après tous les calculs, dimensionnement et modélisation de la machine présentée

dans ce chapitre et le chapitre précédent, on peut préparer un dossier technique tenant compte de ces résultats afin d’aboutir à un fonctionnement de machine dan s des bonnes conditions.

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Présentation de la machine et calcul de force


Sommaire 1. Introduction 2. Choix des matériaux pour la réalisation 3. Caractéristiques mécanique des verres 4.Calcul de la force résistante de verre 4.1.Pose du problème 4.2. Démonstration 4.3. Résultat et application numérique 5.Réalisation 6. Conclusion

Résumé :

Ce chapitre est consacré à l’identification des matériaux les plus susceptibles à la réalisation des composants du broyeur de verre et la présentation de la machines de calcul de force résistante de verre.

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1. Introduction : Quel que soit le produit fini que l’on puisse imaginer, à un moment ou un autre de son processus de création et de développement, on trouvera invariablement une machine ou un système mécanique indispensable à sa réalisation. L’ingénieur en conception de systèmes

mécaniques définit l’architecture du produit, il en réalise la conception technique. Il est capable de dimensionner les éléments, puis l’ensemble, de choisir les matériaux et les

méthodes de fabrication les plus efficaces et économiques. Il dispose des connaissances nécessaires pour calculer, prédire, simuler et analyser le comportement du système conçu. Sa démarche de conception ne se limite pas aux seules fonctions techniques, elle prend en compte également les besoins du futur utilisateur pour garantir une utilisation simple et sûre du produit.

2. Choix des matériaux : Pour la réalisation des marteaux et de même pour la réalisation des composants les plus sollicités de la machine principale on doit passer à la plus importante étape assurant le bon fonctionnement et une durée de vie plus en plus importante.

2.1. L es aci ers àtr è s haute r é sistan ce àl' usur e : " La résistance à l'usure est obtenue par de fortes additions de chrome qui, simultanément, augmente la capacité de trempe au point que certains de ces aciers peuvent subir la trempe par simple refroidissement à l'air, ce qui permet de les classer parmi les aciers indéformables. "[11]

2.2. L es aciers r é sistan t aux chocs : "Ces aciers devant résister aux chocs mécaniques, une moindre fragilité est obtenue en diminuant la teneur en carbone, ce qui entraîne une diminution de la dureté qui est habituellement limitée á 56-58 HRC. " [11] Les duretés atteintes après trempe sont nettement plus faibles avec, en contrepartie, une moindre fragilité leur permettant de résister aux chocs et à des sollicitations brusques. Ils sont également dans l'ensemble bien moins alliés que les aciers dits " indéformables ".

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A dureté égale, ils résistent mieux à l'usure et aux chocs que les aciers non alliés et supportent, en raison de la présence des éléments d'alliage, des températures de revenu plus élevées après trempe, ou d'échauffement en service, sans baisse excessive de dureté. En cas de travail continu à chaud, il est indispensable de prévoir un refroidissement efficace. La diversité des compositions des aciers résistant aux chocs influe grandement sur la trempabilité et les propriétés d'emploi. De ce fait, le choix d'une nuance devra tenir compte de la destination de l'outil, de sa masse et du mode de trempe envisagé.

Tableau 4.1. Choix des Aciers suivant les propriétés spécifiques.

Domaine suivant NFA 35-590 (1992)

Nuances suivant NF Nuances suivant EN ISO 4957 (2000) NF A 35-590 (1992)

Aciers résistant à l'usure

105V

100V2

Aciers résistant aux chocs

50WCrV8

45WCrV8

-

60WCrV8

-


102Cr6

100Cr6

-

21MnCr5

-


70MnMoCr8

70MnMoCr8


90MnCrV8

90MnV8


95MnWCr5

95MnWCrV5

Aciers à très haute résistance à l'usure

X100CrMoV5

X100CrMoV5


X153CrMoV12

X160CrMoV12

X210Cr12

X200Cr12


X210CrW12

X210CrW12-1


35CrMo7

35CrMnMo7


40CrMnNiMo8-6-4

40CrMnMo8

-

45NiCrMo16

-

Aciers résistant à certaines corrosions

X40Cr14

X40Cr14

Aciers résistant à certaines corrosions

X38CrMo16

X38CrMo16-1


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3. Caractérisation mécanique des verres : Le verre est un matériau parfaitement élastique qui ne présente pas de déformation permanente. Cependant il est considéré comme fragile, car soumis à un effort croissant, il se rompt brutalement. Pour cette raison nous allons illustrer les différents essais qu’on peut les faire pour

caractériser un verre.

3.1. E, modul e de Young : On appelle module de Young (ou module d’élasticité) E = 7 à 7,2 x 10 5 daN/cm² (70 à 72 Gpa).

Figure 4.1. Module de Young. Ce module exprime l’effort de traction F théorique pour allonger une éprouvette de

verre au double de sa longueur initiale.

3.2. Coefficient de frottement : On se propose de mesurer le coefficient de frottement du verre sur le verre, note m. Pour cela, on dispose d'une grande vitre plane et d'un petit morceau de verre parallélépipédique de masse m. On pose le petit morceau de verre sur la vitre initialement horizontale et on incline doucement la vitre. On notera a l'angle que fait la vitre avec l'horizontale. Le coefficient de frottement m est défini comme suit : tant que le morceau de verre ne glisse pas sur la vitre, la norme de la composante tangentielle de la réaction du support est inférieure à m fois la norme de la composante normale de la réaction : PF E 2012/2013

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En supposant que le petit morceau de verre soit immobile, et en exprimant les composantes normale et tangentielle de la réaction en fonction de la masse m du petit morceau de verre, de l'accélération de la pesanteur g et de l'angle a. A l'équilibre le poids du morceau de verre est opposée l'action du plan : mg = R

(4.1)

Rt = mg sin a

(4-2)

Rn = mg cos a.

(4.3)

En déduire une condition sur l'angle a et sur le coefficient de frottement m pour que le petit morceau de verre ne glisse pas. Rt = mRn

(4-4)

sin a= mcos a

(4-5)

tan a≤ m.

(4-6)

Expérimentalement, on remarque que pour a >= 35° le petit morceau de verre se met à glisser. En déduire la valeur de m. m = tan 35

(4-7)

m== 0,70.

3.3. Coefficient de Poisson µ :

Figure 4.2. Coefficient de poisson. Ce coefficient caractérise le rétrécissement de la section d’une éprouvette soumise à

un allongement. C’est le rapport entre le rétrécissement et l’allongement.

mµ = 0,20 à 0,22

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(4-8)

Page 54



3.4. L a r é sistance aux chocs du verre : Le verre est dit de « sécurité », au sens de la norme NF B 32-500, lorsque sa technologie de fabrication ou sa mise en œuvre permet de réduire l e risque de blessure grave en cas de bris. Les produits courants pouvant répondre à cette fonction sont : - les vitrages feuilletés. - les vitrages trempés. - les vitrages armés.

Figure 4.3. Résistance aux chocs du verre. Selon les applications prévues (garde-corps, ameublement, ascenseurs ...) les produits verriers, dans leur condition de mise en œuvre, doivent toujours faire l’objet d’essais de chocs

pendulaires de corps mous et de corps durs exécutés selon la norme NF P 01-013. Les exigences découlent de l’application du DTU 39 et dans certains cas de la norme NF P

08-302.

Figure 4.4. Essai de choc de corps durs / mous. 3.4.1. Essai de chocs de corps dur s :

Bille en acier : m = 0,5 et h = 0,75 m (D 0,5 - 3,75J ) m = 1 kg et h = 1 m ( D1 - 10J ).

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(4-9) (4-10)

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3.4.2. Essai de chocs de cor ps mous :

Corps mou tronconique m = 50 kg. h = 1,20 m (M50 - 600J)

(4-11)

h = 1,80 m (M50 - 900J)

(4-12)

3.4.3. L a r é sistance àla f lexion du ver re:

Un vitrage plan soumis à un effort de flexion (effet du vent, de la neige, ...) a une face en compression et une face en extension. La contrainte à la rupture es t de l’ordre de : - 4 daN/mm² (40 Mpa) pour un vitrage courant recuit. - 12 à 20 daN/mm² (120 à 200 Mpa) pour un vitrage trempé

Figure 4.5. Résistance à la flexion. La valeur élevée de la résistance à la flexion du verre trempé est due au fait que le traitement de trempe, thermique ou chimique, met les faces du vitrage en compression. Les contraintes de travail prises en compte dans les calculs d’épaisseurs sont les

contraintes à la rupture minorées par des coefficients de sécurité qui prennent en compte la probabilité de présence de micro-fractures provoquées par les manipulations, le transport et l’agression de l’environnement du vitrage posé.

Les contraintes de travail habituellement retenues pour les applications les plus courantes sont :

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Tableau 4.2. Contraintes de travail habituelles. Type de vitrage

Vitrages

Vitrages

verticaux

horizontaux

90>= ß >60°

30> = ß >=0°

Verre recuit

20Mpa

10Mpa

Verre semi trempé

35Mpa

17,5Mpa

Verre trempé thermique

50Mpa

25Mpa

Verre armé

16Mpa

8Mpa

Verre recuit d'aquarium

6Mpa

6Mpa

Verre trempé d'aquarium

30Mpa

25Mpa

Le système de broyage étudié, comporte une combinaison d’essais étudiés précédemment : 

Essai de choc



Essai de flexion

Pour cette raison nous procédons à concevoir un mécanisme tout entier pour la caractérisation des verres traités.

4. Calcul de force résistante de verre : 4.1. Pose du Probl è me : La partie à étudier comprend des marteaux de poids P =0.138 Kg pour chacune. Elles pivotent verticalement autour d’un axe à l’aide des deux roulements à bille à contacte radiale

Type BC. Les organes qui sont liés aux marteaux ont les poids comme suit : 

Un arbre de 3.83 kg



Une tige 0.16 kg



….



NOTATION : On néglige les poids de la visserie, des ressorts et des roulements.

PF E 2012/2013

Page 57



4.2. Dé monstration : Dans le cas d’une augmentation de la vitesse de zéro à une vitesse v avec une accélération

ɣ

constante sur une longueur l, cette accélération est donnée par la relation :

ɣ



 

(4.13)

C’est l’accélération d’un corps en chute libre.

La deuxième loi de Newton, ou principe fondamental de la dynamique de translation, établit que :

  ɣ

(4-14)

Ce qui signifie que la force g agissant sur un corps est égal à la masse m du corps multipliée par son accélération. D’après les équations (4.13) et (4.14) la force f sera :

 

  

(4.15)

Or la vitesse est le rapport de la distance parcourue et le temps de chute : 

 

(4.16)

D’où la force résistante se traduit par :

 

 

PF E 2012/2013

      

(4.17) (4.18)

Page 58



4.3. Ré sul tat et application numé rique : Tableau 4.3. Essai de résistance des verres. Hauteur

67-16

67-10

Masse (kg)

Temps (s)

1

0.53

1.5

0.43

E

2

0.4

E

2.5

0.37

S

4.75

B

E

6.5

0.35

E

7

0.33

S

10.5

0.3

S

3 67-19

E

0.36

E

3.5

0.36

E

4

0.36

E

4.5

0.35

E

5

0.35

S

Pour le verre le plus résistant, dans notre cas c’est le verre feuilleté (5mm*2) d’après le

tableau 3, la force résistante devient pour un seul marteau et ayant les paramètres de réglage suivants : 

h=57mm



m0=1.2 kg : Masse de la partie mobile



m1=m0+10.5.



t=0.3 s.

AN :

 









   

 

    Cette force est la force nécessaire pour un seul marteau pour le concassage du verre en un seul coup.

PF E 2012/2013

Page 59



Pour les six rangers et à travers les deux matrices, la force nécessaire sera : 

AN :

(4.19)

       

5. Réalisation :

Figure 22. Différentes composantes de la machine.

PF E 2012/2013

Page 60



6. Conclusion : La détermination de la force résistante de verre est le pas le plus important pour l’entrainement du système de broyage. La prédiction d’une telle force garantie le

fonctionnement normale de la machine sans causer la détérioration de tout le broyeur. Les essais de caractérisation mécanique des verres à l’échelle industrielle sont tous des essais préliminaires. Pour cette raison, la nécessité d’inventer un nouveau mécanisme

similaire à la caractérisation issu de notre machine a été primordiale.

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Page 61

CONCLUSION GENERALE


Dans ce rapport, nous avons effectué l’étude théorique et la conception d’un système de broyage de déchet de verre.

Dans le premier chapitre, nous avons effectué une étude bibliographique qui nous a permis de connaître les caractéristiques de verre ainsi que les différentes solutions proposées afin de choisir la solution la plus favorable. Dans le deuxième chapitre, nous avons contribué à l’étude du système de broyage et les étapes aboutissants à la dernière tâche de conception de cette machine. Au

troisième

chapitre,

nous

avons

développé

le

calcul,

le

dimensionnement de notre solution obtenue et nous avons vérifié la résistance des différentes pièces les plus solli citées de la machine à l’aide du logiciel de dimensionnement Abaqus. Au quatrième chapitre nous avons introduit la caractérisation mécanique de verre et la présentation de la machine de calcul de force de verre. Le dossier technique proposé comporte des dessins de définition des différentes pièces et un dessin d’ensemble.

Nous tendons à l’avenir de fabriquer des broyeurs industriels de grande capacité et que le présent travail sera le socle rigide pour entamer l’initiation d’une unité de recyclage de verre.

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REFERENCES BIBLIOGRAPHES


[1] Portail de l’industrie du verre française, Institut du verre. [2] Gérard Pajean : UNE PETITE ENCYCLOPEDIE DU VERRE. [3] Textes de Mario Moretti : Maison de verre. [4] Le Centre Technique des Materiaux dDe Construction, de la Ceramique et du Verre (CTMCCV) [5] Cahier du CEPI N° 17 : Etude de positionnement stratégique de la branche Verre. [6] Publication : Geotechnology; I36: Aggregates Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR). [7] A. CHEVALIER, Guide de dessinateur industriel , édition HACHETTE 2003-2004. [8] C. BARLIER et R. BOURGEOIS, Mémotech : conception et dessin, édition 2003. [9] D. SPENLE, R. GOURHANT, Guide du calcul en mécanique , édition Hachette 2003-2004. [10] G. BERANGER, J. CROLET ET P. CUNAT, Technique de l’ingénieur ; Matériaux. [11] Technique de l’ingénieur Génie mécanique ; Laminage : objectif et modélisation M 3065-5 Edition Paris 1991. [12] Technique de l'ingénieur . traité métallurgique M300 [13] www.techniques-ingénieurs.fr [14] www.sciencesdirect.com [15] www.indusupply.com [16] http://www.verre-avenir.fr/ [17] http://www.ustverre.fr/site/ [18] www.verreonline.fr [19] Le logiciel de CAO : SolidWorks 2012 [20] Le logiciel de dimensionnement : Abaqus 6.8

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ANNEXE A


Annexe A : Caractéristiques des broyeurs Tableau 1. Caractéristiques de concasseur SKJ . SKJ630×1000

SKJ870×1100

SKJ1000×1200

SKJ1100×1300

630×1000

870×1100

1000×1200

1100×1300

580

720

880

960

75-160

85-150

105-175

125-260

Capacité (t/h)

100-195

125-350

260-480

350-720

Moteur (km)

75

110

132

160

Dimensions (mm)

2310×2250×2385

2850×2360×3180

3930×3260×2965

4050×3630×3800

Modèle Taille d'ouverture d'alimentation (mm) Taille max. d'ouverture d'alimentation (mm) Taille de la sortie d'alimentation mm

Tableau 2. Caractéristiques des concasseurs à mâchoires. Taille de Modèle

l'entrée d'alimentation mm

Dimension max. Taille de la sortie de l'entrée

d'alimentation

mm

mm

Puissance de capacité

moteur

t/h

électrique

Dimensions de l'extérieur mm

kw

PE-250×400

400×250

200

20-50

5-20

15

1430×1310×1340

PE-400×600

600×400

350

40-100

15-60

30-37 1700×1732×1653

PE-500×750

500×750

425

50-100

40-110

45-55 2035×1921×2000

PE-600×900

900×600

480

65-160

90-180

55-75 2290×2206×2370

Tableau 3. Caractéristiques du concasseur à percussion. Dimension

Taille Maximale

Capacité

Puissance

de l'entée (mm)

d'alimentation (mm)

(t/h)

(kw)

1000×700

400×730

300

25-60

55-75

PF-1010

1000×1050

400×1080

350

50-80

55-75

PF-1210

1250×1050

400×1080

300

70-130

110-132

PF-1214

1250×1400

400×1430

300

90-180

132-160

PF-1315

1320×1500

860×1520

350

120-250

180-220

Modèle

Format (mm)

PF-1007

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ANNEXE A


Tableau 4. Caractéristiques des différents modèles du broyeur ultrafin. Modèle

HGM60

HGM80

HGM100

Moyen Diamètre（mm）

600

800

1000

Taille d'alimentation（mm）

≤10

≤10

≤10

Μm

5~45

5~45

5~45

Mesh

2500~325

2500~325

2500~325

Production（kg/h）

350~2500

600~4000

900~6000

Dimension（L×W×H）（m）

10×2×5.53

11.9×2.7×5.8

14.5×3.8×6.

Poids concentrateur principal（kg）

5200

7000

9500

Granularité de produit fini

Tableau 5. Caractéristiques des Moulins de broyage grossier. Modèle

PC4008-75

PC4012-90

PC4015-132

Diamètre du routeur (mm)

750

900

1150

Longueur du routeur (mm)

800

1200

1500

Vitesse du routeur (r/min)

800-1000

800-1000

550-800

Taille d’entrée d’alimentation (mm)

320×930

400×1200

500×1500

Taille max d’alimentation (mm)

<50

<50

<100

Taille de déchargement (mm)

0-3

0-3

0-8

Capacité(t/h)

10-30

30-60

60-100

Puissance(KW)

55-75

75-90

110-132

Nombre de battoir

18

32

32

Dimension (L*W*H/mm)

2310*1665*1610

2840*2100*2020

3720*2650*2540

Tableau. 6. Caractéristiques des Concasseurs à marteaux. Taille de l'entrée Taille de la sortie Modèle

d'alimentation

d'alimentation

(mm)

(mm)

Moteur Capacité (t/h)

Poids(t) Modèle

KW

PCΦ400×300

≤200

≤25

8-15

Y160M-4

11

0.8

PCΦ500×350

≤210

≤25

12-20

Y180M-4

18.5

1.2

PCΦ600×400

≤250

≤30

15-30

Y180L-4

22

1.5

PCAΦ800×600

≤300

≤30

25-50

Y250M-4

55

2

PCΦ800×600

≤200

≤25

20-50

Y280M-6

55

2.6

PF E 2012/2013

ANNEXE B


ANNEXE B 1. Matériaux :

2 .Coefficients de sécurité

PF E 2012/2013

ANNEXE B

Coefficient de


Conditions générales de calcul

sécurité 1.5 à 2

Cas exceptionnels de grande légèreté. Hypothèses de charges évaluées.

2à3

Construction où l’on cherche la légèreté (aviation).

Hypothèses de calcul les plus défavorables. 3à4

Bonne construction, calcul soigné.

4à5

Construction courante

5à8

Calcul sommaires, efforts difficiles à évaluer (cas des chocs, mouvement alternatifs…)

8 à 10

Matériaux non homogènes, chocs, élingues de levage.

10 à 15

Chocs très importants très mal connus (presse). Ascenseurs.

PF E 2012/2013

ANNEXE B

PF E 2012/2013


ANNEXE B

PF E 2012/2013


ANNEXE B

PF E 2012/2013


ANNEXE B


ANNEXE B1

PF E 2012/2013

ANNEXE B

PF E 2012/2013


ANNEXE B

PF E 2012/2013


ANNEXE C


ANNEXE C

PF E 2012/2013

ANNEXE C

PF E 2012/2013


ANNEXE C

PF E 2012/2013


ANNEXE C

PF E 2012/2013


ANNEXE D


ANNEXE D 1. Clavetage

PF E 2012/2013

ANNEXE D

PF E 2012/201 2012/2013 3


ANNEXE D

PF E 2012/201 2012/2013 3


ANNEXE D


ANNEXE D1 : Transmissions par poulies et courroies . Rapport de transmission

Cinématique.

b) Étude dynamique Cette étude peut être généralisée aux autres courroies.

Hypothèse : les forces de frottement entre poulie et courroie sont supposées uniformes sur toute la longueur de l'arc d'enroulement. Rapport entre les tensions T et t Cas 1 : effets de la force centrifuge sur la courroie négligés Après une étude statique on obtient :

Cas 2, en tenant compte de la force centrifuge (F) sur la courroie PF E 2012/201 2012/2013 3

ANNEXE D


7. Efforts de tension.

Couples transmis

On peut poser P b = 2.K p.K v.T0.V = puissance de base de la courroie avec la condition [P.K s ≤ P b].

2. Courroies trapézoïdales

PF E 2012/2013

ANNEXE D


9. Principales familles de courroies trapézoïdales.

10. Efforts presseurs exercées par la gorge d'une poulie sur une courroie trapézoïdale.

Exemples d'application des courroies trapézoïdales. Les courroies trapézoïdales sont les plus utilisées ; à tension égale elles transmettent une puissance plus élevée que les courroies plates (conséquence de la forme en V augmentant la pression de contact et par là l'effort transmissible). Si une puissance élevée doit être transmise on peut utiliser plusieurs courroies en parallèles sur la même poulie (avec 1, 2, 3..., 10 gorges). Le montage nécessite un bon alignement des poulies et un réglage de l'entraxe pour le montage et le démontage.

Remarque.- Pour obtenir de bons résultats et une bonne transmission, la courroie doit aller suffisamment vite (environ 20 m/s). Les problèmes apparaissent au-dessus de 25 m/s et en dessous de 5 m/s (schématiquement 4 000 tr/min est une bonne vitesse ; des problèmes au-dessus de 5 000 tr/min et au-dessous de l000 tr/min). - Contrairement aux courroies plates, les grands entraxes sont à éviter car les vibrations excessives du brin mou diminuent la durée de vie et la précision de la transmission [indications : α < 3(D+d)].

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ANNEXE D

12. Séries classiques et étroites.


13. Montage sur une poulie (β = 32°, 34°, 36°, 38°).

La série étroite (SPZ, SPA...) permet des transmissions plus compactes que la série classique (Z, A, B...) ; les courroies sont plus flexibles et les calculs identiques. Un crantage intérieur augmente la flexibilité et la capacité à dissiper la chaleur aux hautes vitesses. Les courroies striées ont une action coinçant moins marquée et leur fonctionnement se rapproche plus de celui des courroies plates.

a) Étude générale Elle est identique à celle des courroies plates sauf que d et D sont remplacés par d p et D p , diamètres primitifs des poulies, et que β intervient. Indication : 3 ≤ T/t ≤ 5 et le plus souvent T≈5t

b) Calcul des courroies trapézoïdales

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ANNEXE D


14. Ligne primitive d'une courroie trapézoïdale.

15. Principe de calcul des courroies trapézoïdales. Le principe est résumé par l'organigramme de la figure 15.

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ANNEXE D


16. Graphe 1 : gamme des puissances transmissibles par type de courroie.

Remarques.- Plus le diamètre des poulies est grand, plus la durée de vie est grande. Les puissances de base (Pb) indiquées tableau 4, en tiennent compte et sont déterminées pour un angle d'enroulement de 180°. Le coefficient Kθ permet de faire les corrections pour des angles d'enroulement différents.

17. Graphe 2. - Plus la longueur de la courroie est grande, plus la durée de vie est élevée (chaque tronçon de courroie travaillant moins) ; le coefficient K L permet de faire les corrections.

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ANNEXE D


18. Graphe 3.

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ANNEXE D

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ANNEXE D

PF E 2012/2013


ANNEXE D

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Broyeur de Verre

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