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Rupture du ressort d’un accouplement à ressort serpentin sur broyeur à boulets : charge figée, lubrification ou désalignement ?
Quand un ressort serpentin casse sur l’entraînement principal d’un broyeur à boulets, en remonter un neuf va vite, et c’est justement pour cela que la même panne revient. Le ressort cassé, les rainures des moyeux et la graisse dans le carter montrent généralement si la cause est un démarrage sur charge figée, un défaut de lubrification ou un désalignement. Voici comment lire ces indices et quand l’accouplement lui-même doit être redimensionné.
Pourquoi un broyeur à boulets est si dur pour un accouplement à ressort serpentin
Un broyeur à boulets est l’un des services les plus sévères pour un accouplement à ressort serpentin. Virole, blindages, corps broyants et charge représentent une inertie de rotation très élevée, et l’entraînement doit démarrer cette masse en charge : à chaque démarrage, l’accouplement passe donc par un couple de décollement bien supérieur au couple de marche.
Deux conditions aggravent la situation. Après un long arrêt, la charge peut se tasser en une charge figée qui monte comme un bloc au lieu de cascader ; quand elle retombe, le choc remonte par le pignon et le réducteur jusqu’à l’accouplement. Si le couple de l’entraînement de virage (vireur) passe par l’accouplement, faire osciller le broyeur dans les deux sens fait en plus frapper le ressort contre les deux flancs des dents des moyeux.
Examinez d’abord le ressort cassé et les rainures
Avant de mettre l’ancien ressort à la ferraille, disposez les morceaux dans l’ordre et photographiez les faciès de rupture, les dents des moyeux et la graisse. Plusieurs barreaux cassés en même temps ne racontent pas la même histoire qu’une seule cassure avec des fissures sur les barreaux voisins.
Une rupture par fatigue est plane et assez lisse, souvent avec des lignes d’arrêt (marques de plage) partant d’une seule origine en surface, généralement au niveau de la boucle ou là où le ressort touche l’arête de la dent. Une rupture par surcharge est rugueuse et granuleuse, sans lignes d’arrêt, et les barreaux voisins sont souvent pliés ou déformés de façon permanente. Si une fissure de fatigue est partie d’une entaille d’usure ou d’une piqûre de corrosion, traitez-la d’abord comme un problème de lubrification ou d’étanchéité, pas de dimensionnement.
| Ce que vous constatez | Cause la plus probable |
|---|---|
| Plusieurs barreaux cassés d’un coup, faciès rugueux, barreaux pliés | Surcharge : démarrage sur charge figée ou autre choc isolé |
| Faciès lisses avec lignes d’arrêt, fissures sur les barreaux voisins, peu d’usure | Fatigue : pics de démarrage répétés ou marge de couple insuffisante |
| Ressort aminci aux points de contact, usure en escalier des rainures, graisse sèche, poudre brun-rouge | Défaut de lubrification et usure par fretting |
| Usure à une extrémité des dents ou usure inégale entre les deux moyeux | Désalignement ou mauvais écart entre moyeux |
Les mesures terrain appuient le diagnostic, elles ne le remplacent pas. Interprétez la tendance du courant au démarrage, les températures de paliers et les niveaux de vibration en les croisant avec ce que vous voyez sur les pièces ; aucune de ces valeurs ne donne directement le couple sur le ressort.
Charge figée et choc au démarrage
Si la cassure indique une surcharge, vérifiez d’abord l’historique des arrêts : un long arrêt avec de la pulpe restée dans le broyeur est la situation typique qui produit une charge figée. Avant de redémarrer, faites tourner le broyeur au vireur et vérifiez que la charge se décolle et cascade ; sinon, continuez à virer dans les deux sens pour l’ameublir. Désaccouplez complètement le vireur avant le démarrage du moteur principal. Quand le procédé le permet, broyer à vide ou vidanger la pulpe avant un arrêt programmé réduit la quantité de matière qui peut se figer.
Le mode de démarrage compte tout autant. Un démarrage direct donne un pic de couple brutal, alors qu’un embrayage pneumatique, un démarreur progressif ou un variateur de fréquence limite la vitesse de montée du couple. Si l’entraînement comporte un embrayage ou un limiteur de couple, comparez son couple de glissement ou son couple de déclenchement au couple de pointe admissible de l’accouplement ; si la protection est réglée plus haut que ce que l’accouplement supporte, c’est le ressort qui joue le rôle de fusible.
Lubrification et étanchéité
Un accouplement à ressort serpentin a besoin de graisse pour que le ressort puisse glisser dans les rainures en fléchissant. Quand la graisse sèche, est lessivée ou fuit, le ressort et les dents se creusent mutuellement des entailles, et ces entailles deviennent des amorces de fissures de fatigue.
Autour d’un broyeur à boulets, le carter se trouve dans une zone humide et poussiéreuse, exposée aux projections de pulpe et à l’eau de lavage. À chaque inspection, contrôlez les joints du carter, les bagues d’étanchéité, les vis et les bouchons, et considérez toute trace de graisse sur le carter comme un défaut d’étanchéité. De l’eau ou de la pulpe dans le carter transforme la graisse en pâte abrasive.
Utilisez une graisse spéciale accouplements qui résiste à la séparation sous l’effet de la force centrifuge ; une graisse roulements polyvalente a tendance à se séparer dans un carter en rotation. Considérez l’intervalle de regraissage du fabricant comme un maximum et raccourcissez-le en cas de fonctionnement à chaud, de démarrages fréquents ou de zone humide. Au regraissage, regardez l’ancienne graisse qui sort en premier.
Alignement, fondations et dilatation thermique
Un accouplement à ressort serpentin accepte un certain désalignement, mais fonctionner en permanence près de la limite fait glisser le ressort dans les rainures à chaque tour, ce qui accélère l’usure et la fatigue. Les fondations d’un broyeur à boulets tassent, et le moteur, le réducteur et le pignon reposent souvent sur des massifs séparés. Si l’alignement dérive à nouveau après correction, vérifiez le pied boiteux, les tiges d’ancrage et le mortier de calage avant de mettre en cause l’accouplement.
Le moteur et le réducteur ne se dilatent pas de la même façon en chauffant : réglez donc à froid des décalages qui compensent la dilatation thermique prévue, puis vérifiez l’alignement à chaud après une marche suffisamment longue. Sur les gros moteurs à paliers lisses, vérifiez aussi que le rotor tourne à son centre magnétique et que l’écart entre moyeux correspond à la spécification de l’accouplement ; sinon, un déplacement axial peut rapprocher les moyeux et pincer le ressort.
Quand redimensionner selon le couple de pointe réel
Redimensionnez lorsque les indices pointent vers l’accouplement lui-même : les ruptures par fatigue reviennent alors que la lubrification et l’alignement ont été corrigés, ou les ruptures par surcharge continuent alors que les démarrages sur charge figée sont correctement gérés. Dans les deux cas, l’accouplement subit un couple de pointe plus élevé ou plus fréquent que ce que sa taille permet.
Pour la vérification, rassemblez le couple nominal et les caractéristiques de démarrage du moteur, le mode de démarrage, l’éventuel réglage du couple de glissement, le nombre de démarrages, la fréquence des épisodes de charge figée, ainsi que les diamètres d’arbre et les rainures de clavette. Nous dimensionnons sur le couple de pointe réel avec un facteur de service adapté, et non sur le seul couple de marche, en vérifiant aussi la vitesse, le désalignement et l’environnement de travail.
Notre série JS va de JS1 à JS25, avec des alésages de 18 à 500 mm sur l’ensemble de la gamme ; les limites de couple et de vitesse dépendent de la taille. Un accouplement à ressort serpentin correctement dimensionné convient aux broyeurs où les chocs sont le problème principal, parce que le ressort fléchit et absorbe une partie de chaque choc. Si les arbres vous poussent en haut de gamme, ou si l’entraînement a davantage besoin de densité de couple que d’amortissement des chocs, un accouplement à denture peut mieux convenir ; voir Ressort serpentin ou denture pour concasseurs et convoyeurs ?.
FAQ
Puis-je remplacer seulement le ressort et garder les anciens moyeux ?
Seulement si les dents des moyeux sont encore en bon état. Une usure en escalier, des matages ou des fissures dans les rainures useront un ressort neuf plus vite que le premier ; remplacez donc aussi les moyeux lorsque le profil des dents est visiblement usé.
Une rupture par fatigue signifie-t-elle toujours que l’accouplement est sous-dimensionné ?
Non. Une fatigue partie d’une entaille d’usure renvoie le plus souvent à la lubrification ou à l’étanchéité, et une fatigue accompagnée d’une usure des dents d’un seul côté renvoie à l’alignement. Ce n’est que lorsque ces deux points sont confirmés bons qu’une fatigue répétée indique une taille trop faible pour le cycle de charge réel.
Comment confirmer qu’une charge figée est à l’origine de la rupture ?
Rapprochez les signes de surcharge sur le ressort du journal d’exploitation : un démarrage après un long arrêt, un démarrage sans passage préalable au vireur, ou un déclenchement juste après le démarrage. Croisée avec l’état des pièces et le témoignage des opérateurs, la courbe de courant au démarrage est un indice utile, mais pas une preuve à elle seule.
Si votre broyeur casse régulièrement des ressorts, examinez d’abord la cassure et la graisse, corrigez ce que les indices désignent, et ne décidez de la taille qu’ensuite. Le délai pour les modèles standard est de 15 à 25 jours, et un certificat matière ainsi qu’un rapport de contrôle par ultrasons peuvent être fournis avec la livraison. Envoyez-nous votre plan, ou des photos de l’ancien accouplement avec les dimensions relevées et vos données d’exploitation, et nous vérifierons la taille par rapport à votre couple de pointe réel.
Besoin d’une validation technique pour le choix ou le remplacement ?
Envoyez la puissance, la vitesse, les diamètres d’arbre, la rainure de clavette, les dimensions de montage, les plans ou des photos de l’ancienne pièce. Nous vérifions d’abord les conditions de service avant de confirmer le modèle et le devis.