La défaillance des boulons de fixation de la bride du cylindre hélicoïdal ou du manchon conique à l'intérieur de l'arbre creux, à l'extrémité d'alimentation d'un broyeur tubulaire, peut sembler simple, mais il s'agit en réalité d'un problème technique qui pose des difficultés à de nombreuses cimenteries. Les manifestations concrètes de cette défaillance se traduisent par un desserrage et une rupture fréquents des boulons de raccordement à bride du cylindre hélicoïdal ou du manchon conique : les boulons sont resserrés à plusieurs reprises, mais finissent toujours par se desserrer à nouveau, et sont remplacés à plusieurs reprises, mais finissent toujours par se rompre à nouveau. Cela entraîne une séparation entre la bride de l’arbre creux du broyeur tubulaire et la bride du cylindre hélicoïdal ou du manchon conique, et peut même provoquer une saillie de 10 à 30 mm du cylindre hélicoïdal ou du manchon conique hors de l’arbre creux. Le matériau vient alors frotter directement contre l’arbre creux, ce qui entraîne également l’usure de ce dernier.

La rupture d'un boulon se produit généralement au niveau de la jonction entre la tête et la tige. Une fois le boulon cassé, la tige brisée reste généralement coincée dans le trou fileté de l'arbre creux et ne peut plus être retirée, ce qui pose un problème majeur lors du remplacement du boulon.

(1) Analyse des causes

Le cylindre hélicoïdal du broyeur à tubes est entraîné en rotation par frottement contre la bride de l'arbre creux. Le contact entre le cylindre hélicoïdal (ou manchon conique) et l'arbre creux ne se produit généralement qu'à deux endroits :

① La bague d'appui située près du corps du broyeur, à l'endroit où celui-ci s'emboîte avec la paroi interne de l'arbre creux. Elle a pour fonction de permettre la dilatation thermique libre du cylindre hélicoïdal tout en lui fournissant un point d'appui. Le jeu d'ajustage est généralement compris entre 0,5 et 1,5 mm. Cependant, ce léger jeu fait que le cylindre hélicoïdal se comporte comme un porte-à-faux et entraîne également un balancement du cylindre hélicoïdal ou du manchon conique.

② La liaison entre l'extrémité extérieure du cylindre hélicoïdal (ou du manchon conique) et la bride de l'arbre creux. En règle générale, la bride d'extrémité de l'arbre creux est taraudée, et 12 à 32 boulons hexagonaux de calibre M16 à M30 sont utilisés pour fixer la bride du cylindre hélicoïdal (ou du manchon conique) à l'arbre creux. En réalité, c’est le seul point qui assure la fixation du cylindre hélicoïdal (ou du manchon conique) à l’arbre creux. Par conséquent, le cylindre hélicoïdal (ou le manchon conique) est théoriquement monté en porte-à-faux. Il est extrêmement important que la couronne de boulons sur la bride soit correctement serrée.

En observant le schéma de rupture des boulons, on constate que le desserrage précède presque toujours la rupture : en d'autres termes, avant que les boulons de fixation ne se brisent, ils se desserrent d'abord. La rupture se produit souvent à la jonction entre la tête et la tige du boulon.

D'après les traces de rupture, les boulons se sont rompus sous l'effet d'une force de traction plutôt que d'une force de cisaillement. Cela indique que les boulons de fixation de la bride du cylindre hélicoïdal (ou du manchon conique) cèdent en raison des vibrations du broyeur et, surtout, parce que l’oscillation de l’extrémité en porte-à-faux du cylindre hélicoïdal (ou du manchon conique) se transmet à l’extrémité de la bride, provoquant le desserrage progressif des boulons vissés dans la bride de l’arbre creux. En conséquence, les deux faces de bride perdent leur adhérence et se séparent, ce qui fait que le cylindre hélicoïdal (ou le manchon conique) glisse lentement hors de l’arbre creux. Sous l’effet des chocs répétés entre les brides, la contrainte exercée sur les boulons se concentre progressivement au niveau de l’angle de transition entre la tête et la tige du boulon, ce qui entraîne l’apparition de fissures de fatigue et, à terme, la rupture à cet endroit.

(2) Méthodes de traitement

① Mettre en place un système d'inspection régulière. Dès qu'un desserrage de boulon est détecté, il convient de le resserrer immédiatement afin de réduire les risques de rupture liés à ce desserrage. Cependant, cette approche ne fait que traiter les symptômes sans s'attaquer à la cause profonde ; elle est également difficile à maintenir, et le problème de desserrage des boulons n'est pas résolu de manière définitive.

② Réparation d'urgence suite à la rupture d'un boulon :

a. Si la tige cassée est coincée à l'intérieur de l'arbre creux et ne peut être extraite, le cylindre hélicoïdal (ou le manchon conique) peut être soudé à la bride de l'arbre creux. Toutefois, cela posera des difficultés lors du remplacement futur du cylindre hélicoïdal (ou du manchon conique).

b. Percez à nouveau les trous sur la bride du cylindre hélicoïdal (ou du manchon conique), refaites le taraudage sur la bride de la face d'extrémité de l'arbre creux, puis serrez les nouveaux boulons. Cette méthode présente également certains inconvénients et s'avère assez fastidieuse.

③ Améliorer la méthode de fixation des brides :

Ajouter une bride externe à l'arbre creux. Remplacer la méthode d'origine, qui consistait à utiliser des trous filetés dans la bride d'extrémité de l'arbre creux pour l'assemblage boulonné avec la bride du cylindre hélicoïdal (ou du manchon conique), par une méthode d'assemblage utilisant une bride externe de l'arbre creux et la bride du cylindre hélicoïdal (ou du manchon conique), avec des boulons, écrous, rondelles de blocage et autres éléments de fixation pour solidariser les deux brides. Cette structure permet d’appliquer un couple de serrage sur les boulons, ce qui résout définitivement le problème antérieur de serrage insuffisant. Même en cas de rupture d’un boulon, celui-ci est facile à remplacer.

Cette modification présente de nombreux avantages pour les systèmes de fixation existants des moulins et est facile à mettre en œuvre, ce qui en fait une solution simple, pratique et efficace.

Le soudage de la nouvelle bride externe sur l'arbre creux doit être effectué dans le strict respect des exigences de qualité en matière de soudage. Il convient de tenir compte des points suivants avant et après le soudage :

a. Choisissez des éléments de fixation fiables. En règle générale, il est possible d'utiliser des goujons à la place des boulons afin d'éviter les défauts de fabrication que l'on rencontre souvent au niveau de la jonction entre la tête et la tige du boulon.

b. Choisir les méthodes de soudage, les électrodes et le courant de soudage appropriés. Les conditions sur le chantier pendant le soudage, telles que la préparation des gorges de soudure, le préchauffage avant le soudage et le maintien à température après le soudage, doivent également être strictement respectées conformément aux exigences techniques applicables afin d'éviter des défauts tels que les fissures de soudure, les inclusions de scories et la porosité.

Compte tenu de l'espace restreint au niveau de la tête de broyeur, il est préférable de recourir à une soudure en angle ou à une soudure par chevauchement pour assembler la nouvelle bride externe à l'arbre creux.

④ Ajouter une liaison rigide entre le couvercle d'extrémité du broyeur et le cylindre hélicoïdal. Autrement dit, installer une structure de liaison rigide capable de compenser une dilatation de quelques millimètres, de sorte que le cylindre hélicoïdal (ou le manchon conique) dispose d'un point d'appui fixe supplémentaire au-delà de la bride d'extrémité. Cela permet d’éviter l’oscillation provoquée par le cylindre spiralé en porte-à-faux et de réduire le risque de desserrage des boulons de la bride d’extrémité.

⑤ Pour les broyeurs de grande et moyenne taille, il est possible d'ajouter des plaques élastiques au cylindre hélicoïdal (ou au manchon conique) afin d'absorber la poussée vers l'extérieur générée par le balancement axial, ce qui permet de réduire l'impact sur la bride de raccordement et les boulons, et par conséquent de limiter le desserrage et la rupture des boulons.