Conception de structures supportant des tamis vibrants suspendus

Étant donné qu’il existe un grand choix de tamis vibrants sur le marché, il est important qu’un ingénieur en structure vérifie au préalable si l’équipement est assemblé à la structure avec un support rigide ou flexible. Dans la plupart des cas, le tamis (du type linéaire, incliné, grizzly, banane, giratoire ou autre) est supporté par des appuis rigides assemblés à une structure. Plusieurs références sont disponibles pour s’assurer que l’effet de résonance est évité lors de l’analyse dynamique et que les limites des vibrations des supports structuraux sont respectées. Parmi ces références, on trouve des études de Blake (1964), de Baxter et Bernhard (1967), de Richart, Hall et Woods (1970) et la norme ISO 10816-1.

La conception se complique lorsque, dans un bâtiment, un tamis ou un groupe de tamis sont suspendus sous le plancher par ses supports, permettant ainsi à l’équipement de se balancer et de pivoter. Le tamis du type HS Sifter (ou Plansifter) en est un exemple (voir Figure 1¹).

Cet équipement est un agencement de plusieurs grands tamis dotés de maillage de taille décroissante placés un en dessous de l’autre, allant du plus gros (en haut) au plus petit (en bas). Le matériau (ex. farine, céréale, graphite) arrive d’abord sur le tamis supérieur. Il passe ensuite à travers les autres, chaque tamis aidant à séparer le matériau par ordre de grandeur à l’aide d’un mouvement rotatif très rapide créé par un moteur et une masse excentrée. Les suspentes supportant le tamis sont composées de plusieurs tiges en bois (Figure 2). Elles permettent une faible transmission d’efforts et absorbent les chocs.

En général, le manufacturier d’équipement fournit à l’ingénieur en structure les réactions aux appuis qui se trouvent à l’interface avec la structure. Toutefois, pour les supports structuraux, il ne prescrit pas les limites de vibration à respecter en vue de prévenir un éventuel dommage à l’équipement.

Alors, comment concevoir une structure de façon à assurer la performance adéquate d’un tamis suspendu? Puisque le Code national du bâtiment ne prescrit pas de limites de vibration pour les structures industrielles, quel critère devrait-on utiliser? Comment optimiser la modélisation d’une structure afin d’obtenir des résultats d’analyse fiables?

Pour y voir clair, les ingénieurs en structure chez BBA se sont penchés sur ces questions.

Des repères pour la conception

La littérature fournit certaines pistes de solution. Selon la norme ISO 10816-3 (Vibrations mécaniques), il existe deux classes de supports : flexibles et rigides. Les conditions de ces supports sont déterminées par une relation entre la machine et son appui. Dans le cas où la fréquence fondamentale du support structural est supérieure à la fréquence d’excitation de l’équipement de 25 % ou plus, le support peut être considéré comme étant rigide. Tous les autres supports qui n’entrent pas dans cette catégorie sont considérés comme étant flexibles.

Or, la classification de support entre la suspente et la boîte de tamis doit être déterminée par le concepteur de l’équipement, et non par l’ingénieur en structure. Un assemblage boulonné entre la suspente et la poutre de plancher est un support rigide pour lequel le manufacturier fournit les réactions quasi statiques provenant des charges dynamiques de la machine. Même si le tamis en activité se balance et pivote, lors de la conception d’une structure, il ne faut pas utiliser à l’aveuglette les limites de vibration établies dans les normes s’appliquant aux supports flexibles. De plus, une fois les déformations de la structure obtenue par l’analyse, il est important de vérifier à ce que ces dernières n’interfèrent pas avec le cercle de giration identifié par le manufacturier au point bas du tamis (voir Figure 2 et exemple égal à 50,8 mm).

La norme ISO 4866 (Vibrations et chocs mécaniques) établit des principes pour l’exécution des mesurages des vibrations et du traitement des données. Elle ne traite que du mesurage des vibrations des structures.

En fait, les lignes directrices assurant la sécurité des structures et proposant des limites de vibration sont disponibles dans la norme allemande DIN 4150-3 (Vibration in buildings – Part 3, Effects on structures). Cette norme présente une méthode de mesure et d’évaluation des effets de vibration sur les structures conçues pour reprendre des charges essentiellement statiques. On y trouve également une évaluation des effets sous vibration à court et à long terme. Des limites et des critères sont proposés pour s’assurer que les vibrations ne causent pas de dommages à la structure et pour que cette dernière demeure fonctionnelle.

Un modèle d’analyse de structure optimal

D’autre part, lorsque les tamis vibrants sont suspendus par un plancher d’un bâtiment multiétagé, il s’avère efficace d’optimiser le modèle de la structure pour simplifier l’analyse dynamique et ne pas avoir ainsi à modéliser le bâtiment en entier. Un projet de recherche a été réalisé pour comparer les résultats de l’analyse dans lequel un modèle global et trois modèles simplifiés ont été étudiés. L’optimisation des modèles simplifiés comprenait le remplacement de certains éléments structuraux non modélisés par des ressorts avec des rigidités équivalentes. En comparant les résultats, c’est le modèle simplifié contenant à la fois le plancher du tamis et les ressorts simulant tous les planchers supérieurs qui s’est avéré le plus précis par rapport au modèle global, tandis que les résultats du modèle analysant uniquement le plancher des tamis ont été plutôt divergents.

En fait, la réalisation d’un modèle simplifié doit contenir la partie de la structure soumise à la charge dynamique. Pour les vibrations horizontales, ce sont les étages supérieurs qui sont les plus impactés alors que pour les vibrations verticales, il suffit de modéliser l’étage seul.

Ainsi, la conception adéquate d’un bâtiment supportant des tamis vibrants suspendus exige une juste interprétation des données du manufacturier, le choix d’un modèle d’analyse de structure optimal et l’application des normes appropriées. Et ce, afin d’assurer le comportement adéquat de la structure du bâtiment, la sécurité des opérateurs et le bon fonctionnement de l’équipement.

Vous avez des bâtiments supportant des tamis vibrants suspendus à concevoir? N’hésitez pas à communiquer avec nous, c’est avec plaisir que nous vous accompagnerons.

Crédits

1. Great Western Manufacturing