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Calculateur d'équilibrage de rotor de concasseur

Calculer le balourd admissible des rotors de concasseurs (concasseurs à percussion, à mâchoires, à marteaux) selon la norme ISO 21940. Comprend les estimations de tolérance par élément, de force centrifuge et d'impact sur la durée de vie des roulements.

ISO 21940G16 - G40Durée de vie des roulements

Masse du rotor (kg)

Vitesse de fonctionnement (RPM)

Niveau d'équilibre

Nombre de marteaux/barres de frappe

Rayon de correction (mm, généralement diamètre extérieur du rotor/2)

Capacité dynamique des roulements C (kN, optionnel)

Résultats

Balourd admissible (total)

—

Tolérance par élément

—

Balourd spécifique (excentricité)

—

Force centrifuge à la tolérance

—

Masse de correction au rayon donné

—

Impact sur la durée de vie des roulements

—

Formules clés

e_per = G × 1000 / ω [μm]

U_per = e_per × M [g·mm]

F = M × e_per × ω² / 10⁶ [N]

Où G est le degré d'équilibrage (mm/s), ω = 2π×n/60 (rad/s), M est la masse du rotor (kg), e_per est le balourd spécifique admissible, U_per est le balourd résiduel admissible et F est la force centrifuge résultante.

Sélection de la classe d'équilibrage pour les concasseurs

Type de concasseur	Niveau typique	Vitesse de rotation typique
Impact sur arbre horizontal (HSI)	G16 - G40	500 à 800
Impact à arbre vertical (VSI)	G6.3 – G16	1000-2000
broyeur à marteaux	G16 - G40	1000-1800
Concasseur à mâchoires (volant d'inertie)	G16	200-400
concasseur à cône	G6.3 – G16	300-600

Tolérance de masse par élément

Lors du remplacement des marteaux ou des barres de frappe, la variation de masse de chaque élément contribue directement au balourd du rotor. Chaque élément est positionné à une distance spécifique de l'axe de rotation. La tolérance de masse par élément doit être de :

Δm_element ≤ U_per / (r_element × N_elements)

Où r_élément est le rayon du centre de gravité de l'élément et N_éléments est le nombre d'éléments.

Impact sur la durée de vie des roulements

La force de balourd agit comme une charge radiale rotative supplémentaire sur les roulements. La durée de vie nominale de base des roulements (L10) est très sensible à la charge appliquée :

Roulements à billes : L10 ∝ (C/P)³
Roulements à rouleaux : L10 ∝ (C/P)^(10/3)

Même des forces de balourd modérées peuvent réduire considérablement la durée de vie des roulements lorsqu'elles sont combinées aux charges de traitement déjà élevées dans les concasseurs.

Procédure pratique d'équilibrage des concasseurs

Étape 1 : Peser individuellement tous les marteaux/barres de frappe et enregistrer leur masse.
Étape 2 : Triez les éléments par masse et associez-les en paires de masses quasi égales (le plus lourd avec le suivant le plus lourd, et ainsi de suite)
Étape 3 : Installez les deux éléments de chaque paire assortie en positions diamétralement opposées (180°) sur le rotor, de sorte que les masses en positions opposées s'annulent
Étape 4 : Vérifier que la différence de masse totale entre les positions opposées est inférieure à la tolérance par élément.
Étape 5 : Après l'installation, mettez le concasseur en marche et mesurez les vibrations au niveau des deux paliers.
Étape 6 : Si les vibrations dépassent les limites, effectuez un équilibrage monoplan sur site.

Force centrifuge et durée de vie des roulements

La force centrifuge due au balourd ajoute une charge radiale rotative aux paliers. La durée de vie L10 des paliers est la suivante :

Roulements à billes : L10 = (C/P)³ × 10⁶ / (60 × n)
Roulements à rouleaux : L10 = (C/P)^(10/3) × 10⁶ / (60 × n)

Où C représente la capacité de charge dynamique, P la charge dynamique équivalente (incluant la force de balourd) et n la vitesse de rotation (en tr/min). Même une faible force de balourd peut réduire considérablement la durée de vie des paliers, en plus des charges de traitement déjà élevées dans les concasseurs.

Limites de vibration pour les concasseurs

En raison de leur nature intrinsèquement percussive, les concasseurs ont des limites de vibration plus élevées que les machines à marche régulière :

Bien : Vitesse RMS < 10 mm/s sur les paliers
Acceptable : 10–18 mm/s — valeur typique pour les concasseurs en fonctionnement
Alerte : 18–28 mm/s — examiner, vérifier les pièces d'usure
Danger : > 28 mm/s — arrêt et inspection

Considérations relatives aux fondations et à la structure

Les fondations des concasseurs doivent être conçues pour absorber les forces d'impact. La masse de la fondation doit être de 3 à 5 fois celle du concasseur pour une isolation vibratoire adéquate. Points de contrôle clés :

Boulons d'ancrage : Vérifiez le couple de serrage à chaque intervention majeure d'entretien.
Supports d'isolation : Inspectez les isolateurs en caoutchouc pour détecter toute détérioration et vérifiez la déflexion correcte.
État du béton : Vérifiez la présence de fissures, notamment autour des logements des boulons d'ancrage.
Intégrité du coulis : Vérifiez l'absence de vides entre la plaque de base et la fondation.

Types de concasseurs et considérations d'équilibrage

Impact à arbre horizontal (HSI) : Les barres de percussion constituent la principale pièce d'usure. Remplacez-les en jeu complet et pesez-les individuellement. Le rotor est généralement équilibré à G16.
Impact à arbre vertical (VSI) : Les vitesses plus élevées exigent un équilibrage plus précis (G6.3–G16). La table d'usure et l'anneau d'enclume affectent indirectement l'équilibrage.
Broyeur à marteaux : Marteaux multiples sur axes de pivot. Les marteaux réversibles doivent être retournés par paires identiques. G16–G40 selon la vitesse.
Broyeur à mâchoires : L'équilibrage du volant moteur est essentiel. Le balourd de l'arbre excentrique est inhérent à sa conception, mais doit rester dans les limites de tolérance.
Concasseur à cône : L'usure du manteau et de la cuve influe sur l'équilibrage. L'équilibrage de l'ensemble de tête est vérifié lors des révisions majeures.

Meilleures pratiques : Consignez les masses individuelles des marteaux/barres de percussion pour chaque position du rotor. Suivez la perte de masse au fil du temps afin de prévoir les intervalles de remplacement optimaux et de maintenir l'équilibre dans les limites de tolérance tout au long du cycle d'usure.

⚠️ Note pratique : Après remplacement des marteaux/barres à percussion, pesez toujours les éléments individuellement et disposez-les pour un balourd minimal : éléments de masse quasi égale en positions diamétralement opposées (180°) (le plus lourd face au suivant le plus lourd), puis vérifiez la vibration résiduelle par mesure. Même dans la tolérance G40, l'appariement des éléments prolonge considérablement la durée de vie des paliers et du bâti.

Les concasseurs subissent d'énormes forces d'impact en fonctionnement normal qui éclipsent largement les forces de balourd. L'intérêt pratique d'atteindre la classe G6.3 est minime car les efforts induits par le procédé sont prépondérants. La classe G16 offre un bon compromis entre la protection de la durée de vie des roulements et ce qui est réalisable en pratique compte tenu des conditions d'exploitation sévères et de l'usure.

Rééquilibrez chaque fois que des pièces d'usure (marteaux, battoirs, blindages) sont remplacées, ou lorsque la vibration à 1× RPM dépasse le niveau de référence de plus de 50%. Pour les concasseurs à percussion à battoirs remplaçables, cela correspond généralement à chaque changement de battoirs — pesez et répartissez les éléments de manière à minimiser le balourd.

Oui, l'équilibrage sur site en un plan est couramment pratiqué sur les rotors de concasseurs. Montez un capteur de vibration sur le palier côté entraînement, utilisez un capteur de phase (keyphasor) comme référence angulaire et faites tourner à la vitesse nominale (à vide, sans alimentation). La méthode de la masse d'essai fonctionne très bien. Les masses de correction peuvent être soudées sur les flasques d'extrémité du rotor.

L'équilibrage en deux plans (de couple) n'est généralement pas nécessaire pour les rotors de concasseurs car leur rapport L/D est typiquement faible (géométrie assimilable à un disque). L'équilibrage en un seul plan suffit. Toutefois, si vous observez des écarts de phase importants entre les paliers, un équilibrage en deux plans peut s'avérer utile.

À mesure que les marteaux s'usent, ils perdent de la masse de manière inégale. Le rotor présente progressivement un balourd croissant. Surveillez la vibration à 1× et suivez sa tendance dans le temps. Lorsque la vibration atteint le seuil d'alerte ou que l'extrémité des marteaux atteint la limite de retournement, il est temps de les remplacer et de rééquilibrer.

Les concasseurs présentent intrinsèquement des niveaux de vibration élevés en raison du processus de concassage par impact. Une vitesse vibratoire sur les paliers inférieure à 10 mm/s efficace (RMS) est considérée comme bonne. Entre 10–18 mm/s, elle est acceptable pour la plupart des concasseurs en fonctionnement normal. Au-delà de 18 mm/s, une investigation est justifiée, et au-delà de 28 mm/s, il s'agit d'un seuil de danger nécessitant l'arrêt.

1) Appairez les masses des battoirs dans la tolérance prescrite. 2) Assurez-vous que tous les battoirs sont correctement en appui sans jeu. 3) Vérifiez l'usure des disques latéraux du rotor. 4) Contrôlez l'état et les jeux des roulements. 5) Inspectez le serrage des boulons de fondation. 6) Si la vibration à 1× domine, réalisez un équilibrage sur site. 7) Vérifiez l'usure des organes de transmission (courroies, poulies, accouplement).

La plupart des concasseurs utilisent des roulements à rotule sur rouleaux (SRB) en raison de leur capacité à supporter à la fois de fortes charges radiales et axiales ainsi que le défaut d'alignement de l'arbre dû à la déformation du bâti. Leur exposant de durée de vie L10 est de 10/3. La charge dynamique de base C se situe généralement entre 500–2000 kN selon la taille du concasseur.

Équilibrez avec les marteaux dans la position où ils vont fonctionner. Si les marteaux sont réversibles, équilibrez dans la position de service initiale. Lorsque les marteaux sont retournés pour utiliser la seconde arête, contrôlez à nouveau l'équilibrage. Certaines exploitations équilibrent à mi-usure pour optimiser le balourd moyen sur l'ensemble du cycle d'usure.

Les rotors de concasseurs sont lourds et emmagasinent une grande énergie cinétique. Précautions essentielles : 1) Consignez (LOTO) toutes les sources d'énergie. 2) Utilisez des apparaux de levage adaptés lors de la manutention des battoirs/marteaux. 3) Pour l'équilibrage sur site, assurez-vous que la chambre de concassage est vide et que les carters de protection sont en place. 4) Ne faites jamais tourner un concasseur au-dessus de sa vitesse nominale. 5) Maintenez le personnel à l'écart de la zone d'évacuation pendant les lancements d'essai.

Une fondation dégradée amplifie les vibrations de toutes origines, y compris le balourd. Recherchez : béton fissuré, boulons d'ancrage desserrés, dégradation du mortier de calage (grout) et affouillement du sol sous le massif. La fréquence propre de la fondation doit être nettement séparée de 1× RPM. Une expertise de la fondation est recommandée si les vibrations augmentent brusquement sans modification du rotor.

Les procédures décrites sur cette page ont été développées et testées sur le terrain par l'équipe Vibromera à l'aide du Balanset-1A, un équilibreur portable à deux canaux et analyseur de vibrations pour l'équilibrage des rotors sur site.