L3. Dossier de conception d’un broyeur à boulets de laboratoire

Niveau : Bac+3 · Nature : conception · Coût : nul (fabrication non exigée) Problème Un broyeur à boulets de laboratoire sert aux travaux pratiques, aux essais de broyabilité et à la recherche. Les modèles commerciaux sont coûteux et difficiles à importer. Sur le plan technique, un dossier de conception complet, adapté aux composants et aux matériaux disponibles localement, permettrait une fabrication sur place. Sur le plan méthodologique, il s’agit d’appliquer et de confronter les méthodes de dimensionnement des broyeurs à l’échelle du laboratoire. État des connaissances (à approfondir) • La vitesse critique et le choix de la vitesse de travail sont traités dans les ouvrages de référence : Wills et Napier-Munn (2006), Gupta et Yan (2006). • La puissance absorbée s’estime par la méthode de Bond (1961) ou par le modèle de Morrell (1996), qui relie la forme de la charge à la puissance. • Le broyeur normalisé de l’essai de Bond peut servir de référence de dimensions. Le candidat vérifiera ses caractéristiques dans la source originale. • Le calcul des organes de machine (arbre, paliers, transmission) relève des méthodes classiques de construction mécanique. Hypothèses de travail • H1. À l’échelle du laboratoire, les méthodes de Bond et de Morrell donnent des puissances du même ordre de grandeur. L’écart est à quantifier et à expliquer. • H2. La machine peut être construite avec des composants standards disponibles à Lubumbashi : moteur, réducteur ou poulies, roulements, tôle. • H3. Le coût de fabrication peut rester compatible avec un budget de laboratoire. Le devis le confirmera ou l’infirmera. Objectifs Objectif général : établir le dossier de conception complet d’un broyeur à boulets de laboratoire fabricable localement. Objectifs spécifiques : • Rédiger le cahier des charges : capacité par charge, diamètre et longueur, plage de vitesse, matériaux. • Calculer la vitesse critique et la vitesse de travail, la charge de boulets et la puissance par les méthodes de Bond et de Morrell. • Dimensionner la chaîne cinématique : moteur, réduction, arbre, paliers, accouplement. • Dimensionner la structure : épaisseur de la virole, couvercle et fixation, bâti, dispositifs de sécurité (carter, arrêt d’urgence). • Produire les plans SolidWorks, la nomenclature, la gamme de fabrication et un devis local. Livrables attendus • Une note de calcul complète et justifiée. • Les plans d’ensemble et de définition, et la nomenclature. • La gamme de fabrication et le devis basé sur des prix relevés localement. Conditions préalables et dépendances • Un ordinateur avec SolidWorks (salle de CAO de la Faculté). • Aucune dépendance à un autre sujet. La fabrication n’est pas exigée : le sujet ne peut pas être bloqué par un manque de budget. Compétences • Exigées : résistance des matériaux, construction mécanique et organes de machines, CAO SolidWorks, notions de moteurs électriques. • À développer : méthodes de dimensionnement des broyeurs, normes de dessin technique, élaboration de gammes et de devis. Sources pour démarrer • Wills, B. A., & Napier-Munn, T. J. (2006). Wills’ Mineral Processing Technology (7e éd.). Butterworth-Heinemann. • Gupta, A., & Yan, D. S. (2006). Mineral Processing Design and Operation: An Introduction. Elsevier. • Bond, F. C. (1961). Crushing and grinding calculations. British Chemical Engineering. • Morrell, S. (1996). Power draw of wet tumbling mills and its relationship to charge dynamics. Transactions of the IMM, Section C, 105, C43-C53. • Napier-Munn, T. J., Morrell, S., Morrison, R. D., & Kojovic, T. (1996). Mineral Comminution Circuits: Their Operation and Optimisation. JKMRC. • Metso (2015). Basics in Minerals Processing (manuel). • Budynas, R. G., & Nisbett, J. K. Shigley’s Mechanical Engineering Design. McGraw-Hill.