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PROCEDE DE HACHAGE ET DE BROYAGE ET APPAREILS POUR SA MISE EN OEUVRE.
La présente invention concerne un procédé de hachage et de broyage et des appareils pour sa mise en oeuvre, et elle convient notamment à la préparation de fourrages sans cependant être limitée à cette application.
On sait que les machines agricoles connues, destinées à la préparation de fourrages, fonctionnent avec des outils rotatifs, comme par exemple les hache-paille, les découpeuses pour betteraves, les broyeurs à marteaux etc.. Mais, telles qu'elles sont construites actuellement, ces machines ne conviennent pas encore à l'obtention rationnelle, avec une qualité satisfaisante, de la consistance pulpeuse des fourrages verts, etc.. nécessaires à l'alimentation moderne des animaux. Si on désire mélanger avec le fourrage vert, d'autres éléments de nourriture, notamment des grains, il est nécessaire d'utiliser à cet effet d'autres machines. Jusqu'ici, il n'a pas été possible de préparer le fourrage vert et de le mélanger en même temps d'une manière irréprochable avec des additions.
La présente invention résout ces problèmes par le fait que la matière à hacher et à broyer, soumise à une poussée d'avancement entre des parois de guidage, est exposée à une action de percussion à chocs réglables par une résistance d'accumulation réglable qui varie en coopération avec au moins un point à action non progressive des parois de guidage.
Cette action de percussion est exercée par des marteaux montés à rotation dans un carter, et qui tournent à très grande vitesse, par exemple de 3.000 tours-minute et plus. A cette vitesse, l'action de la force centrifuge est telle que la matière saisie par les marteaux est refoulée vers la surface intérieure de la paroi du carter et se déplace longitudinalement sur cette paroi.
Dans un mode de mise en oeuvre avantageux du procédé, l'action de
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percussion peut avoir lieu en deux phases, et l'intensité de l'action dans la première phase augmente progressivement en même temps que la vitesse d' avancement, tandis que cette intensité est maintenue tout au plus constante dans la deuxième phase pour une vitesse d'avancement réduite .
La machine convenant particulièrement à la mise en oeuvre de cette possibilité d'application, et faisant également partie de l'invention, fonctionne d'après le principe du broyeur à marteaux et elle est caractérisée par le fait que le carter, prévu pour le passage de la matière et raccordé à une trémie d'alimentation, se compose d'un élément divergent suivi d'au moins un .élément dont les sections successives ont tout au plus le plus grand diamètre de l'élément divergente tandis qu'à l'intérieur de ces éléments sait articulés à proximité de l'axe des marteaux dont les parties actives passent à proximité de la,paroi périphérique du carter, à l'extrémité postérieure duquel est prévu un orifice de sortie.
Le point à action non progressive est prévu dans le plan de raccordement de l'élément divergent du carter et de l'élément suivant.
Pratiquement, la machine est munie d'un ou de plusieurs orifices de chargement en partant desquels la matière à broyer est soumise à l'action d'une force centrifuge de plus en plus importante grâce aux organes percuteurs, se présentant notamment sous la forme de marteaux qui se suivent avec des bras de leviers de plus en plus longs dans l'élément conique du carter, de sorte qu'il en résulte des vitesses périphériques progressivement croissantes.
La forme conique du carter produit de cette manière une poussée d'avancement* Dans l'élément suivant du carter, qui est cylindrique, ou peut même être conique à section décroissant dans le sens de l'avancement, et dans lequel sont montés à rotation des organes percuteurs, notamment des marteaux adaptés à la forme du carter,la matière broyée subit une action de freinage qui se traduit par un tassement. Pour augmenter cette action on peut raccorder d' autres éléments de carter coniques à section décroissante ou cylindrique dans lesquels sont montés des organes percuteurs correspondants.
Dans ces zones sont prévus des volets coulissants dont le réglage pemet d'obtenir un orifice de sortie plus ou moins grand, de sorte qu'il est possible d'exercer pendant le fonctionnement, une action de tassement sur la matière broyée, ce qui modifie également l'effet du choc exercé par les marteaux sur la matière. Pour l'évacuation de la matière, on peut donc prévoir en un point approprié du fond du carter, des orifices en fonction de la finesse de broyage exigée et de la nature de la matière à broyer. Pour la mise en oeuvre du procédé, il est avantageux de prévoir en amont des mar- teaux,un hachage de gros éléments de la matière par un groupe de couteaux rotatifs,dont les extrémités sont situées sur un cône qui s'évase en direction de l'avancement de la matière.
Une autre possibilité de mise en oeuvre du procédé selon l'inven- tion consiste en ce que la percussion est effectuée en plusieurs phases successives avec une augmentation non progressive, et avec plusieurs tassements partiels.
Ce mode de mise en oeuvre rend impossible, même avec une matière très peu homogène, que certains gros éléments ne soient pas soumis à l'action de broyage même si la surface intérieure du carter est élargie par des évidements longitudinaux) qui pourraient, dans certaines conditions, donner aux gros éléments, la possibilité d'avancer sans subir un broyage suffisant.
Le dispositif permettant d'éviter ces inconvénients est caractérisé par des cloisons d'accumulation disposées dans le carter et perpendiculaires à l'axe de rotation des marteaux . Ces cloisons d'accumulation peuvent notamment se présenter sous la foras de cloisons annulaires perpendiculaires à l'axe de rotation et destinées à la liaison des parois cylindriques à diamètres graduellement croissants. Les bras de levier des marteaux reçoivent avantageusement des longueurs qui augmentent graduellement dans la même proportion que les rayons de courbure des parois cylindriques.
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Le dessin annexe représente quelques modes de réalisation.
Les figures 1 à 3 montrent un premier mode de réalisation.
Les figures 4 et 5 montrent un deuxième mode de réalisation.
Les figures 6 et 7 montrent un troisième mode de réalisation.
Les figures 8 et 9 montrent un quatrième mode de réalisation.
La figure 10 montre un cinquième mode de réalisation.
La figure 1 est une vue en coupe longitudinale du premier mode de réalisation. La figure 2 est une vue de face d'un groupe de couteaux représenté sur la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe transversale de l'élément cylindrique du carter. La figure 4 est une vue en coupe lon- gitudinale du deuxième mode de réalisation, tandis que la figure 5 est une vue en coupe transversale du couvercle que montre la figure 4. La figure 6 est une vue en élévation latérale avec un arrachement partiel du troisième mode de réalisation, tandis que la figure 7 est une vue en bout correspon- dante. La figure 3 est une vue en élévation latérale avec des arrachements partiels du quatrième mode de réalisation, tandis que la figure 9 est une vue en bout correspondante.
La figure 10 est une vue en coupe longitudinale du cinquième mode de réalisation.
Dans le carter 1,muni d'un couvercle 33, est monté à rotation., 2 arbre d'entraînement 3 de l'appareil, sur l'extrémité gauche duquel est fixée une poulie à courroie 4. Sur l'arbre d'entraînement 3 est serré par un collier 5, 6, un ensemble de couteaux 7 fixés par des rivets 9 ou des éléments similaires à des pattes 8, de façon à pouvoir être remplacés. Le collier 5, 6, est serré par des boulons 10 sur l'arbre d'entraînement 3 (fig. 2). Les couteaux 7 sont décalés les uns par rapport aux autres et leurs longueurs jusqu'à la pointe augmentent dans le sens de l'avancement de la matière. Dans l'élément conique 1 du carter est fixé, sur l'arbre d'entraînement 3, un ensemble de marteaux. A cet effet, l'arbre porte des platines en croix.
Les platines verticales 11 et les platines horizontales 12 sont alternativement décalées de 90 les unes par rapport aux autres et rigidement fixées à l'arbre. Elles sont percées de trous dans lesquels sont enfilées des broches 13 auxquelles sont articulés les marteaux 14, dont les longueurs augmentent en fonction de forme conique de l'élément 1 du carter. Ces marteaux sont prévus aussi bien dans les intervalles entre les platines verticales 11 que dans les intervalles entre les platines horizontales 12. Il résulte de cet agencement que les marteaux balaient, pendant la rotation, toute la surface périphérique du carter dans le sens axial, de sorte que la matière broyée ne forme pas de dépôts sous la forme de nervures sur la paroi, si elle est collante.
Les marteaux peuvent être agencés de façon que chaque plan perpendiculaire à l'arbre 3 ne contienne qu'un seul marteau ou deux marteaux diamétralement opposés. La distance axiale entre les articulations peut diminuer dans le sens de l'avancement de la matière. Les têtes des marteaux 14 sont avantageusement disposées en gradins.
Les marteaux 14 sont suivis à l'intérieur de l'élément cylindrique 2 du carter d'un certain nombre de marteaux 15 ayant des longueurs égales-
L'élément cylindrique du carter 1 présente dans le bas un orifice de sortie 17 qui peut être plus ou moins masqué ou démasqué par un volet 18 pouvant coulisser axialement et avantageusement incurvé. Dans ce volet 18 est pratiquée une coulisse 19 que traverse une vis à ailettes 20 vissée dans le corps du carter et permettent de bloquer le volet. Si on le désire on peut masquer l'orifice de sortie par un tamis.
La trémie d'alimentation est montée sur l'extrémité de gauche du carter 1. Dans l'exemple représenté, elle est constituée par un entonnoir 21 destiné à recevoir une matière présentant des propriétés déterminées, et par un autre entonnoir recevant une matière ayant d'autres propriétés.' L'o-
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rifice entre les deux entonnoirs est commandé par un volet coulissant 36 ou un obturateur similaire monté sur la cloison articulée 38 de l'entonnoir.
La plus grande section de passage est établie lorsque la cloison 38 est naintenue par un verrou 39 à la position relevée indiquée en pointillé, et permet alors l'entrée de la matière sur un fond incliné 40 et par un orifice de grande section. Lorsque la cloison est fermée de la manière indiquée en traits pleins, un orifice plus petit peut être plus ou moins démasqué par le volet 36. Pour l'addition d'un liquide, on peut prévoir une tubulure 41.
Four Inapplication agricole préférée de l'appareil selon l'invention, on peut par exemple Introduire de l'herbe par la trémie 21, et des grains ou produits similaires par l'orifice plus ou moins masqué par le volet 36. Les grains sont alors déposés sur le fond incliné 40.
Le fonctionnement de la machine representée sur les figures 1 à 3 est le suivant :
La matière homogène ou hétérogène à hacher et à broyer, qui entre dans la machine par l'un ou par les deux entonnoirs (fourrage vert, betteraves, pommes de terre, grains, etc..), et qui reçoit éventuellement une addition d'eau ou d'un autre liquide approprié tel que le petit lait, est d'abord préalablement hachée par les couteaux 7, ce qui est par exemple nécessaire pour les betteraves ou d'autres produits en gros morceaux. Les couteaux convenablement conformés à cet effet poussent la matière en direction des marteaux. Elle passe dans l'élément conique 1 du carter par les marteaux 14.
La composante radiale des chocs, qui devient de plus en plus forte à cause de l'augmentation du diamètre du carter et de l'augmentation de la longueur des marteaux, c'est-à-dire de l'augmentation de la vitesse périphérique, assure le broyage de la matière, tandis que la composante axiale intervient pour faire avancer la matière. L'accélération de la matière est freinée dans l'élément cylindrique 2 du carter par l'action des marteaux 15 ayant des longueurs égales qui font également cesser le mouvement d'avancement.
Il en résulte un mélange intime et un broyage complémentaire de la matière*
L'action des marteaux est ainsi exercée sur la matière en deux phases. La première phase a lieu dans l'élément conique du carter où la vitesse d'avancement est augmentée par l'augmentation de la vitesse périphérique des têtes des couteaux déjà très élevée, et ce, en fonction de la violence des chocs. Dans la deuxième phase, qui a lieu dans l'élément cylindrique du carter, les marteaux ayant des longueurs égales ne produisent aucune composante axiale, de sorte qu'il n'en résulte aucun avancement.
Toutefois, la poussée axiale produite dans l'élément 1 du carter agit encore dans l'élément 2. La résistance opposée par le volet 10 donne lieu à une accumulation dans l'élément 2 qui s'oppose à la poussée provenant de la première phase, de sorte que les marteaux 15 peuvent encore exercer une forte action de broyage, et assurent en même temps un mélange intime de la matière.
Le réglage du volet 1@ permet d'évacuer la matière dans la zone des marteaux 14 dans une position déterminée de ce volet, et dans la zone des marteaux 15 dans une autre position du volet. La matière peut donc être soumise à volonté pendant une durée plus ou moins longue à l'action de broyage.
Ceci permet le réglage du degré de finesse pour une matière déterminée, et une large adaptation de la machine aux matières diverses. Les marteaux de l'élément cylindrique du carter ne sont pas seulement destinés au broyage complémentaire et au mélange intime, mais également à l'éjection de la matiè- .Le broyée.
Dans le mode de réalisation que montrent les figures 4 et 5, la matière broyée n'est éjectée qu'à l'extrémité de l'ensemble des couteaux 14, 15. La partis gauche de la machine n'est pas représentée, car elle correspond au mode de réalisation que montrent les figures 1 à 3. L'agencement facilite notamment l'éjection de la matière broyée et mélangée hors de la machine. L'élément 2 du carter porte dans le bas une bride 23, et le couvercle correspondant 33 est muni d'une paroi inférieure 24 formant un orifice
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25 qui peut être éventuellement fermé par un tamis. La section de passage vers l'orifice de sortie 25 peut être commandée par un organe d'étranglement qui peut se présenter sous la forme d'un diaphragme à iris.
Dans l'exemple représenté, la bride 23 de la partie 2 du carter porte un tiroir vertical
27 qui est guidé sur les parois latérales 23 du couvercle 33, et qui porte une vis à ailettes 29 pouvant se déplacer dans une coulisse 30 de la bride 23.
Lorsque le tiroir 27 est entièrement ouvert de façon que son bord supérieur soit au niveau de la partie inférieure du carter 35, la matière traitée par les marteaux 15 est éjectée latéralement hors du carter 35 pour être projetée par les marteaux plus petits 26. Par contre, la position représentée du tiroir donne lieu à une accumulation axiale de la matière de- vant le tiroir 27. La matière ne peut sortir du carter que lorsqu'elle a franchi le gradin 31 du couvercle, ou le bord 32. Une modification de la position du tiroir 27 permet d'agir dans tous les dispositifs de ce genre sur la durée du broyage et sur le degré de finesse.
Si on désire améliorer le mélange et la distribution, on peut prolonger l'élément cylindrique 2 du carter par un élément conique convergent 34, de la manière indiquée sur les fige. 6 et 7. Cet élément contient alors des marteaux 16 de longueurs progressivement décroissantes épousant la tome de cet élément. La vitesse périphérique, qui diminue d'un marteau au suivant, exerce sur la matière une forte action de freinage. La forte accumu- lation qui en résulte améliore complémentairement le mélange et la distribution.
Dans le bas de l'élément conique 34, est prévu un orifice d'éjection 22 (fig. 7) qui peut être plus ou moins masqué par des volets opposés 42, 43, 44, 45, 46, 47. Dans la position que montre la figure 7,-.la partie médiane de l'élément conique 34 est ouverte. Les volets 44 et 45 sont par conséquent déplacés vers le haut. Suivant l'ouverture complète où partielle de tous les volets ou d'une partie seulement de ces volets, on peut adapter la section de l'orifice d'éjection 22 et sa forme à toutes le@masses qui se présentent et ce, même pendant le fonctionnement. A cet effet, les différents volets 42, 43, 44, 45, 46, 47 peuvent être indépendants ou commandés en fonction les uns des autres.
Les figures 8 et 9 représentent une autre variante dans laquelle l'élément conique 34 du carter est à son tour prolongé par un élément cylindrique 35 qui contient des marteaux 26 ayant des longueurs égales. L'agen- cement avec un tiroir vertical 27 ou avec un autre obturateur d'étranglement correspond au mode de réalisation que montrent les figures 4 et 5-
Si les dispositifs décrits, tels que les organes 21, 35, ne suffisent pas pour l'alimentation avec des matières diverses, on peut compléter l'appareil selon l'invention en montant sur l'arbre 3, un broyeur de grains, de préférence sous la forme d'un broyeur à marteaux de construction connue.
La matière broyée sortant de cet appareil est alors injectée dans la trémie 21. Il devient ainsi possible de broyer en une opération avec un minimum de force motrice des matières de départ très différentes, et dont les facultés de broyage sont également très différentes, et de mélanger uniformément ces matières pour l'obtention d'une masse intimement mélangée.
Dans le mode de réalisation que montre la figure 10, la matière à broyer est soumise à plusieurs actions de broyage consécutives avec une augmentation non progressive d'une accumulation partielle après chaque phase.
Ceci est obtenu par une conformation en gradins du carter.
Dans le mode de réalisation représenté., la trémie d'alimentation 21 est raccordée au carter dans lequel est monté l'arbre horizontal 3. Ce carter peut débuter par une tubulure conique divergente 1 dans laquelle sont montés les marteaux 14 ayant des longueurs progressivement croissantes et tournant à des vitesses périphériques élevées. Cette tubulure conique 1 est avantageuse pour l'obtention d'une impulsion initiale d'avancement suffisam- ment puissante, mais elle n'est pas indispensable. La tubulure conique 1 du
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carter est suivie d'un élément de carter à gradins constitué par des cloisons 48 perpendiculaires à l'axe et les cloisons cylindriques 49 qui relient les premières entre elles.
Le diamètre des cloisons cylindriques raccordées les unes aux autres dans la direction de l'avancement augmente graduellement.
Dans les parties cylindriques consécutives de l'élément graduellement évasé sont montés des marteaux 50 qui tournent avec l'arbre 3 portant les marteaux 14, et dont les longueurs augmentent graduellement.
Le carter se termine par exemple par un élément cylindrique 2 dans lequel est monté un tiroir 18 ou un autre organe régulateur de la section de l'orifice d'éjection 17. Le carter est fermé de la manière usuelle par un couvercle 33. L'élément terminal 2 peut du reste recevoir une forme autre que cylindrique. En dehors de l'orifice d'éjection 17 prévu à l'extrémité du carter, on peut également prévoir dans ce mode de réalisation, d'autres orifices d'éjection sur un ou plusieurs des gradins 49, qui se laissent plus ou moins fermer par des volets.
Le fonctionnement est le suivant : Si la matière à broyer est introduite avec une poussée d'avancement suffisante dans l'élément de carter à gradins, elle est saisie par les marteaux dans le premier élément cylindrique et repoussée vers les parois cylindriques 49 sous l'action de la très grande force centrifuge. Ces marteaux broient en même temps cette matière.
La matière a tendance à s'échapper dans les deux sens, mais ne peut s'échapper que dans la direction de l'augmentation de la section du carter. Une partie de la matière a tendance à s'échapper dans le sens opposé et s'applique contre les parois 48 perpendiculaires à l'axe. Celles-ci assurent l'accumulation et la matière qui s'applique en quantité de plus en plus grande donne lieu à une poussée d'avancement dans la direction de l'orifice d'éjectidn 17- Au fur et à mesure qu'on augmente la vitesse périphérique des marteaux 50, on augmente également l'accumulation contre les parois 48 et, par conséquent, non seulement la poussée d'avancement, mais également l'action de broyage des marteaux.-
Grâce au fait que plusieurs parois d'accumulation en gradins agissent successivement sur la matière à broyer, on obtient un mouvement non uniforme,
dont le sens n'est également pas constant. Il en résulte un brassage qui donne un mélange aussi intime que possible, tout en assurant un broyage aussi fin que possible de la matière. Il est presque impossible que certains éléments relativement gros de la matière à broyer s'échappent de la zone d' action des marteaux, notamment dans l'agencement que montre la figure 10.
L'impulsion initiale nécessaire à l'avancement, notamment pour le fonctionnement du dispositif selon l'invention, peut être obtenue non seulement par la tubulure d'entrée conique, 1, du carter, dans laquelle tournent les marteaux 14, mais également par d'autres moyens techniques, par exemple à l'aide d'un dispositif fonctionnant à la manière d'une filière, par refoulement, etc..
En tenant compte de tous les modes de réalisation représentés sur le dessin, il est inessentiel pour le dispositif selon l'invention que l'impulsion d'avancement soit engendrée d'une manière ou d'une autre à l'entrée de l'élément conique ou en gradins du carter.
De nombreuses autres variantes peuvent être imaginées par la com- binaïson des modes de réalisation représentés. Les organes de percussion se présentant sous la forme de marteaux peuvent être remplacés par des organes conformés en couteaux.
Même au-delà des possibilités indiquées, l'invention peut être mise en oeuvre par de nombreux autres moyens entrant dans le cadre de l'in- vention.
L'application du procédé selon l'invention et des appareils des- tinés à sa mise en oeuvre est plus particulièrement prévue pour les besoins de l'agriculture. On peut préparer un fourrage homogène ou mélangé même en
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partant de constituants très différentsde façon à obtenir une masse dans laquelle les constituants sont finement distribués, et il est notamment possible de mélange:- intimement de l'herbe., du foin et d'autres fourrages à tiges avec des grains, avec une addition éventuelle de liquides, pour obtenir une masse très divisée et même pulpeuse. L'invention convient non seule ment à la préparation d'une masse inement divisée, mais également au broyage de fibres de tourbe, de paille de litière, de fumier d'étable, etc..
L'objet de l'invention convient même à la cuisine, notamment pour la fine division des épinards ou d'autres produits jusqu'ici difficiles à préparer, et son utilisation est également avantageuse dans les applications purement industrielles.
REVENDICATIONS.
1.- Procédé de broyage, caractérisé en ce que la matière à broyer, soumise à une poussée d'avancement entre des parois de guidage, est également soumise à une action de percussion qui se modifie en coopération avec des points de non-uniformité des parois de guidage et qui est réglable par une réaction variable d'accumulation.