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DISPOSITIF DESTINE A COLLECTER DES DEBRIS SOLIDES DANS UNE
CUVE D'ELECTROLYSE DESTINEE A LA PRODUCTION D'ALUMINIUM
L'invention concerne la production d'aluminium par électrolyse ignée selon le
procédé de
s Hall-Héroult. Elle concerne plus particulièrement un dispositif destiné à
collecter les débris
solides en immersion ou flottant dans le bain d'électrolyse et le métal
liquide, notamment les
boues provenant du bain électrolytique et qui s'accumulent sur le fond de
cuve, ainsi que les
restes de carbone et les débris de croûte qui proviennent en particulier des
diverses opérations
effectuées avant et pendant l'enlèvement des anodes usées.
L'aluminium est produit industriellement par électrolyse ignée, selon le
procédé bien connu de
Hall-Héroult, dans des cellules d'électrolyse. Les usines contiennent un grand
nombre de
cellules d'électrolyse disposées en ligne, dans des bâtiments appelés halls ou
salles d'électrolyse,
et raccordées électriquement en série à l'aide de conducteurs de liaison, de
façon à optimiser
l'occupation au sol des usines. Les cellules sont généralement disposées de
manière à former
deux ou plusieurs files parallèles qui sont électriquement liées entre elles
par des conducteurs
d'extrémité. Dans chaque cellule, le bain d'électrolyte et le métal liquide
sont contenus dans
une cuve, dite cuve d'électrolyse , comprenant un caisson en acier, qui est
revêtu
intérieurement de matériaux réfractaires et/ou isolants, et un ensemble
cathodique situé au
fond de la cuve. Des anodes, typiquement en matériau carboné, sont
partiellement immergées
dans le bain d'électrolyte.
En fonctionnement, une usine d'électrolyse nécessite des interventions sur les
cellules
d'électrolyse parmi lesquelles figurent, notamment, le remplacement des anodes
usées par des
anodes neuves, le prélèvement de métal liquide et les ajouts ou prélèvements
d'électrolyte.
Afin d'effectuer ces interventions, les usines sont en général équipées d'une
ou plusieurs unités
de service comprenant un pont mobile qui peut être translaté au-dessus et le
long des séries
des cellules d'électrolyse, et un ou plusieurs modules de service, chacun
comprenant un
chariot, apte à être déplacé sur le pont mobile, et des organes de manutention
et
d'intervention, tels que des pelles et des palans, appelés communément
"outils". Ces unités de
service sont souvent appelées "machines de service électrolyse" ou "M.S.E"
("PTA" ou "Pot
Tending Assembly" ou "PTM" ou "Pot Tending Machine" en langue anglaise). Le
module de
service comprend en général, attaché au chariot, un châssis rotatif, appelé
tourelle porte-outils,
qui est apte à tourner autour d'un axe vertical et est solidaire desdits
outils. Chaque outil peut
être fixé au bout d'un câble manoeuvré par un treuil attaché à ladite
tourelle, ou encore au bout
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d'un bras, ce dernier pouvant être télescopique et/ou articulé.
L'une des interventions nécessaires au cours du remplacement des anodes est le
nettoyage de
la zone qui était occupée par l'anode usée et qui doit être occupée par la
nouvelle anode. Cette
zone est essentiellement constituée par le bain et le métal liquide mais peut
contenir de
nombreux débris solides qu'il est nécessaire d'enlever avant de mettre en
place la nouvelle
anode. Au cours de l'électrolyse, il se forme à la surface supérieure du bain
une croûte dure de
cryolithe fluorée et d'alumine. Cette croûte présente l'avantage de conserver
la chaleur au sein
du bain et constitue donc une enveloppe calorifuge efficace. Mais elle est
extrêmement dure et
adhère à la paroi du bloc anodique, de sorte qu'il s'avère nécessaire de la
rompre autour de
l'anode usée, afin de permettre l'extraction de celle-ci. Typiquement, la
rupture de la croûte est
réalisée à l'aide d'outils tels que des piqueurs, appelés "piqueurs brise-
croûte". Il se forme alors,
lors de l'enlèvement de l'anode usée, un orifice dans la croûte, orifice qui
est laissé vacant
jusqû à l'installation de la nouvelle anode et que nous appellerons par la
suite "trou anodique".
is La rupture de la croûte et les manipulations du bloc anodique usé
engendrent inévitablement
la formation de morceaux ou parties solides qui surnagent ou restent en
suspension dans le
bain d'électrolyse, ou encore qui tombent au fond de la cuve. Il est alors
nécessaire de les
prélever au moyen d'un outil de collecte, appelé communément "pelle à croûte".
La demande de brevet européen EP-A- 0 440 488 décrit un exemple de pelle à
croûte associée
à un véhicule particulier, distinct d'une machine de service. La demande de
brevet européen
EP-A-0 618 313 décrit, mais de façon peu détaillée, un exemple de machine de
service équipée
d'une dispositif propre à assurer la rupture de la croûte au voisinage d'une
anode usée ainsi
que le nettoyage du trou anodique. La pelle à croûte communément employée est
une pince
constituée de deux godets disposés symétriquement par rapport à un plan
sensiblement
vertical et articulés, pivotant autour de deux axes sensiblement horizontaux,
éventuellement
confondus. Chaque godet présente un bord d'attaque, appelé également "lame",
en vis-à-vis du
bord d'attaque de l'autre godet. Pour recueillir les débris, on plonge la
pelle à croûte, en
position ouverte, dans le bain puis on fait passer la pelle à croûte d'une
position ouverte à une
position fermée, en utilisant au moins un actionneur qui agit soit directement
sur un godet,
soit de préférence sur un embiellage conçu pour mettre les godets en un
mouvement de
rotation sensiblement symétrique l'un par rapport à l'autre, les débris
solides situés entre les
deux godets se trouvant ainsi piégés, alors que le milieu liquide, mélange de
bain d'électrolyte
et de métal fondu peut encore s'échapper, en particulier par des ouvertures
ménagées dans les
33 parois des godets.
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Traditionnellement, le mouvement d'ouverture et de fermeture de la pelle à
croûte est animé
par l'actionnement d'au moins un vérin pneumatique qui agit sur un embiellage
conçu pour
transformer le mouvement de translation du vérin en deux mouvements de
rotation
symétriques des godets. Avant de placer la nouvelle anode dans la cellule, il
faut s'assurer que
l'ensemble des débris de croûte et de carbone qui se trouvent dans le trou
anodique a été
enlevé. Comme certains d'entre eux peuvent reposer sur le fond de la cuve, il
est nécessaire de
plonger la pelle à croûte dans le milieu liquide constitué par le bain et le
métal de sorte que ses
bords d'attaque affleurent le fond de la cuve. Mais comme les bords d'attaque
des godets
décrivent des trajectoires circulaires lorsque la pelle à croûte se ferme pour
ramasser les débris,
la manoeuvre de la pelle est très délicate, car l'ensemble cathodique qui
constitue le fond de la
cuve risque de subir un endommagement important lors de cette opération. Pour
éviter une
telle détérioration, il faudrait imposer à l'axe ou aux axes de pivotement des
godets une
position en altitude telle que les bords d'attaque des godets ne touchent
jamais le fond de la
cuve pendant la manoeuvre, tout en étant les plus proches possible de ce fond
de façon à ce
que le nettoyage soit efficace. Toutefois, cette position est difficile à
évaluer car il n'y a pas
d'accès visuel au fond de cuve. D'autre part, cette position théorique rend,
en raison du décrit
circulaire des lames, la pelle à croûte peu efficace dans les phases où celles-
ci sont les plus
éloignées du fond de cuve, une partie des débris reposant sur le fond de cuve
risquant de ne
pas être collectée.
Ainsi, cette opération de nettoyage du trou d'anode à l'aide de la pelle à
croûte se heurte à
deux difficultés antagonistes: soit on est trop près du fond de cuve et, dans
ce cas, on risque
de le détériorer, soit on en est trop éloigné et le nettoyage est insuffisant.
Quelle que soit la
façon de procéder, il subsiste un risque non négligeable d'instabilité
générale d'ordre électrique
et magnétique dans le fonctionnement de la cuve, conduisant à une baisse de
rendement de
l'installation.
La demande de brevet européen EP-A-1 178 004 propose une solution susceptible
de
résoudre le problème exposé dans le paragraphe précédent. Cette solution
consiste à utiliser
une pelle à godets montée sur un bras vertical mais à ne pas fixer directement
le châssis
solidaire des axes des godets sur ledit bras vertical. A cette fin, on
dédouble le châssis en une
partie appelée "châssis porte-pelle", qui reste solidaire du bras attaché à la
tourelle porte-outils
et en une partie appelée "châssis support des godets", mobile verticalement
par rapport au
châssis porte-pelle de sorte que, le centre de rotation instantanée des godets
pouvant se
33 déplacer alors que le bras reste immobile par rapport au fond de cuve, on
puisse donner aux
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bords d'attaque des godets une trajectoire sensiblement rectiligne. La pelle
peut être placée de
telle sorte que ses bords d'attaque affleurent le fond de cuve pendant toute
l'opération de
fermeture de la pelle. Toutefois, une telle solution se traduit par une
complication importante
du mécanisme de la pelle, avec un embiellage de fermeture des godets complexe
comprenant
s "une bielle de transmission d'efforts, dont l'une des extrémités est
articulée [ ... ] sur les godets
[ ... ] et dont l'autre extrémité est articulée sur une bielle rotative
d'actionnement, elle-même
articulée sur le châssis support des godets, ladite bielle rotative étant
reliée mécaniquement au
châssis porte-pelle au moyen d'une bielle de compensation articulée sur le
châssis porte-pelle,
ladite bielle rotative étant par ailleurs actionnée en rotation au moyen d'un
vérin
d'actionnement, dont le point d'application est solidaire du châssis support
des godets". Une
telle solution impose d'introduire dans la pelle à croûte de nombreuses pièces
intermédiaires
destinées à fonctionner en milieu hostile et à subir des vibrations de fortes
amplitudes, en
particulier à cause des sollicitations associées au claquage des godets. Cela
implique un
remplacement fréquent de ces pièces sujettes à une usure rapide.
Le but que s'est fixé la demanderesse a été de réaliser, sans endommager le
fond de cuve, un
nettoyage efficace du trou d'anode lors du remplacement des anodes, tout en
faisant appel à
un outil simple, facile à nettoyer et à entretenir, et peu coûteux en
maintenance.
Un premier objet selon l'invention est une unité de collecte destinée à
collecter les débris
solides et les boues se trouvant dans les milieux liquides d'une cellule de
production
d'aluminium, tels que le bain d'électrolyse et le métal liquide, en
particulier une pelle à croûte
destinée au nettoyage des trous anodiques, comprenant:
a) un moyen de fixation permettant de fixer ladite unité de collecte sur un
support mobile apte
23 à déplacer ladite unité de collecte au-dessus de la zone à nettoyer ;
b) une liaison actionnée par un premier actionneur qui impose à ladite liaison
un déplacement
par rapport audit support mobile suivant la direction verticale;
c) un châssis solidaire de ladite liaison;
d) au moins un godet articulé, pivotant autour d'un axe sensiblement
horizontal, monté sur
ledit châssis, présentant une lame sensiblement horizontale et actionné par un
deuxième
actionneur, solidaire dudit châssis, qui impose audit godet un mouvement de
rotation autour
dudit axe sensiblement horizontal,
caractérisée en ce que ledit premier actionneur est relié à un système de
pilotage
programmable apte à :
i) déterminer, directement ou indirectement, l'altitude dudit axe sensiblement
horizontal et la
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différence d'altitude entre ladite lame dudit godet et ledit axe sensiblement
horizontal;
ii) définir, à partir des valeurs déterminées en i), le déplacement vertical
qui doit être imposé à
ladite liaison pour que l'altitude de ladite lame reste supérieure à une
valeur prédéterminée;
iii) définir et transmettre audit premier actionneur un flux de commande
approprié,
permettant audit premier actionneur d'imposer ledit déplacement vertical à
ladite liaison.
Ledit premier actionneur permet de déplacer verticalement ladite liaison qui,
typiquement sous
la forme d'une tige rigide, d'un mât vertical coulissant, ou encore d'un
câble, est solidaire de
l'unité de collecte. Selon l'invention, on impose au premier actionneur,
appelé également
actionneur de levage , en particulier lors de la rotation du ou des godets,
un régime de
fonctionnement où l'altitude de l'axe de rotation du godet est imposée en
fonction de celle de
.la lame du godet. Pour ce faire, ledit premier actionneur est piloté au cours
de la rotation dudit
godet par ledit système de pilotage programmable qui comprend avantageusement
une unité
de contrôle et de commande et un convertisseur. L'unité de contrôle et de
commande:
- recueille les données, typiquement fournies par des capteurs de mesure,
concernant
ladite altitude dudit axe sensiblement horizontal et ladite différence
d'altitude entre la
lame du godet et l'axe sensiblement horizontal ;
- en déduit, typiquement à l'aide d'une mémoire informatique associée, une
valeur de
consigne qu'il faut imposer à l'altitude dudit axe sensiblement horizontal de
façon à ce
que l'altitude de la lame soit au moins égale à une valeur prédéterminée, ce
qui permet
d'éviter tout risque de contact entre ladite lame et un obstacle situé en
dessous de
ladite unité de collecte, par exemple le fond de cuve, --
- émet un signal représentatif de ladite valeur de consigne en direction du
convertisseur.
Le convertisseur traduit ledit signal en un flux de commande et transmet ledit
flux de
commande vers ledit premier actionneur. Selon la nature de l'actionneur, le
convertisseur peut
être par exemple un servo-distributeur associé à un vérin ou un variateur de
vitesse associé à
un moteur électrique. Dans le premier cas, le flux de commande est un débit
d'huile en
direction d'une chambre du vérin. Dans le second cas, le flux de commande est
un signal
électrique, ou un courant de commande, dont les propriétés caractéristiques
(intensité(s),
3o fréquence(s), ...) influent sur le sens et la vitesse de rotation du
moteur.
L'altitude de l'axe sensiblement horizontal et celle de la lame peuvent être
mesurées
directement par des capteurs mais, en raison du milieu agressif et du manque
d'accessibilité,
ces mesures directes sont avantageusement remplacées par des calculs à partir
de mesures
33 indirectes. Ainsi, ledit système de pilotage programmable peut être relié à
un premier capteur
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permettant de mesurer le déplacement vertical de ladite liaison par rapport à
un niveau de
référence et à un deuxième capteur permettant de mesurer, directement ou
indirectement, la
différence d'altitude entre la lame du godet et l'axe sensiblement horizontal
autour duquel
pivote le godet. Le niveau de référence peut être un niveau fixe défini dans
le référentiel du
hall d'électrolyse. Il peut également être lié au support mobile sur lequel
est fixée l'unité de
collecte. Dans ce dernier cas, il faut bien évidemment prendre en compte une
éventuelle
variation d'altitude dudit support mobile. En ce qui concerne le deuxième
capteur, on peut
utiliser un capteur permettant de déterminer la position angulaire du godet. A
cette fin, si ledit
deuxième actionneur est un vérin imposant une rotation audit godet par le
biais d'une bielle,
on peut utiliser un capteur de déplacement mesurant le déplacement de la tige
dudit vérin par
rapport au corps dudit vérin.
Avantageusement, les caractéristiques du flux de commande transmis au premier
actionneur
agissent sur le sens et l'intensité du déplacement que doit réaliser ledit
premier actionneur :
plus l'écart constaté entre l'altitude mesurée de l'axe sensiblement
horizontal et son altitude de
consigne est important, plus forte est l'intensité du déplacement imposé à
l'actionneur.
Bien évidemment, il est possible d'être plus exigeant sur le contrôle de la
trajectoire de la lame,
puisque l'efficacité de l'unité de collecte diminue lorsque la lame s'éloigne
trop du fond de
cuve. Dans une modalité préférée de l'invention, on définit la valeur de
consigne à imposer à
l'altitude dudit axe sensiblement horizontal de façon à ce que l'altitude de
la lame soit non
seulement plus grande mais aussi la plus proche possible de ladite valeur
prédéterminée.
Avantageusement, en faisant les mesures un grand nombre de fois et en
effectuant à chaque
mesure un déplacement correctif de ladite liaison pour que l'axe sensiblement
horizontal se
2 trouve à l'altitude de consigne permettant à la lame de se trouver à
l'altitude voulue, on peut
imposer à ladite lame une trajectoire prédéterminée. A cette fin, ladite unité
de contrôle et de
commande est avantageusement un automate programmable industriel qui, à
multiples
reprises, de préférence à intervalles de temps réguliers, typiquement de
quelques dizaines de
millisecondes, :
a) recueille les données fournies par ledit premier capteur et ledit deuxième
capteur ;
b) déduit de ces données, à l'aide d'un programme informatique basé sur un
modèle
cinématique décrivant la trajectoire de la lame dans un référentiel approprié,
la valeur de
consigne qu'il faut imposer à l'altitude de l'axe de pivotement du godet et
c) transmet audit convertisseur un signal (S) représentatif de ladite valeur
de consigne.
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Avantageusement, le programme informatique implémenté dans ledit automate
programmable
est basé sur un modèle cinématique qui décrit une trajectoire de la lame
passant au-dessus,
mais pas trop loin, du fond de cuve. Cette trajectoire peut être déduite du
profil théorique du
fond de cuve par translation suivant un vecteur orienté verticalement vers le
haut et dont
l'intensité correspond à une distance de sécurité prédéfinie.
L'unité de collecte selon l'invention, peut être par exemple une pelle à
croûte utilisée pour
le nettoyage des trous anodiques, comprenant un châssis et deux godets montés
sur ledit
châssis, disposés symétriquement par rapport à un plan sensiblement vertical
et articulés,
pivotant autour de deux axes sensiblement horizontaux, chaque godet présentant
une lame en
vis-à-vis de la lame de l'autre godet, le deuxième actionneur, solidaire dudit
châssis, imposant à
chacun desdits godets un mouvement de rotation sensiblement symétrique par
rapport audit
plan sensiblement vertical, de façon à ce que les débris solides situés entre
les deux godets se
trouvent piégés par lesdits godets.
De préférence, de façon à imposer un mouvement fluide au(x) godet(s), on évite
que le
deuxième actionneur, appelé également actionneur de fermeture ou encore
actionneur de
fermeture/ ouverture , soit choisi parmi les vérins pneumatiques, car ce type
de vérin ne
permet pas de contrôler à tout moment la vitesse de rotation du godet pendant
la phase de
fermeture du ou des godets. On peut choisir un actionneur (électro)mécanique
mais, de
préférence, on choisira un vérin hydraulique alimenté par un circuit dont une
portion est
montée en différentiel pour assurer aux godets la fonction de claquage décrite
ci-après, qui est
essentielle pour les pelles à godets employées dans le cadre du nettoyage des
trous anodiques.
Pour recueillir les débris, on plonge dans le bain l'unité de collecte, qui
est une pelle à croûte,
alors qu'elle se trouve en position ouverte, puis on la fait passer d'une
position ouverte à une
position fermée, en utilisant l'actionneur de fermeture qui agit sur un
embiellage conçu pour
mettre les godets en un mouvement de rotation sensiblement symétrique l'un par
rapport à
l'autre. Les débris solides situés entre les deux godets se trouvent ainsi
piégés, alors que le
milieu liquide, mélange de bain d'électrolyte et de métal fondu peut encore
s'échapper, en
particulier par des ouvertures ménagées dans les parois des godets. Une partie
de ce milieu
liquide, qui est très visqueux, adhère à la paroi des godets, de sorte que les
godets se couvrent
d'une gangue qu'il faut enlever après chaque passage de la pelle à croûte dans
la cuve, car les
godets, très rapidement encrassés, deviennent inopérants. Pour enlever le
maximum de bain et
de métal qui refroidissent et se figent en adhérant à la surface des godets,
on réalise une
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opération, appelée "claquage des godets". Dans cette opération, on utilise
l'actionneur de
fermeture/ ouverture des godets de façon à ce que les bords en vis-à-vis des
godets soient
animés d'une vitesse telle que leur mise en contact se traduise par un choc
suffisamment
violent pour que le bain et le métal refroidis se décollent et s'éjectent de
la surface desdits
s godets.
Traditionnellement, en particulier parce qu'il était bien adapté à l'opération
de claquage,
l'actionneur de fermeture/ouverture des godets était constitué d'un ou
plusieurs vérins
pneumatiques. Ici, dans le cadre de la présente invention, pour assurer un
mouvement fluide
aux godets et pour mieux contrôler trajectoire des lames, il est avantageux de
remplacer le ou
les vérins pneumatiques par au moins un vérin hydraulique double effet relié à
un circuit
d'alimentation qui présente au moins deux schémas de fonctionnement pour la
fermeture des
godets:
- un premier schéma, où les godets avancent lentement mais où le vérin de
fermeture
peut fournir des efforts suffisants pour permettre d'entraîner les débris
solides
rencontrés par les godets,
- un deuxième schéma, où il n'est pas nécessaire de transmettre des efforts,
mais où il
faut transmettre aux godets une énergie cinétique suffisante pour que la
fonction de
claquage puisse être remplie. Ce deuxième schéma correspond à un montage en
différentiel analogue à celui qui est décrit un peu plus loin, dans l'exemple
1, lors du
commentaire sur la descente rapide de l'unité de collecte, illustré en figure
5. Bien
évidemment, les fonctions à remplir étant différentes, le circuit alimentant
le second
actionneur est différent de celui qui alimente le premier actionneur mais le
principe du
montage en différentiel reste le même.
Auparavant, on pensait qu'un claquage efficace de la pelle à croûte ne pouvait
se faire que par
voie pneumatique. En effet, on pensait que, grâce à l'air comprimé, on peut
beaucoup plus
facilement et rapidement imposer aux godets des mouvements de rotation
symétriques
suffisamment rapides pour que le choc qui en résulte permette de détacher et
d'éjecter le bain
et le métal en cours de solidification sur la surface des godets. De plus, la
source d'air
comprimé existait déjà sur la machine de service. Enfin, on souhaitait éviter
l'implantation de
circuits hydrauliques en des endroits qui peuvent se trouver à proximité
immédiate du bain
d'électrolyse.
Ici, dans le cadre de cette modalité préférée de l'invention, on choisit comme
deuxième
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actionneur un ou plusieurs vérins hydrauliques. Pour éviter qu'il(s) se
trouve(nt) à proximité
du bain d'électrolyse, on peut donc soit éloigner le ou les dits vérins
hydrauliques et prévoir
une pièce intermédiaire agissant sur l'embiellage, soit les laisser à
proximité des godets mais les
protéger des projections. On peut par exemple utiliser la centrale hydraulique
qui est
embarquée sur la machine de service et qui est déjà placée en hauteur, de
sorte qu'elle se
trouve éloignée du bain d'électrolyse, et installer le circuit hydraulique
nécessaire au
fonctionnement du ou des vérins de sorte que la partie la plus exposée au
milieu hostile soit
limitée aux flexibles qui alimentent les compartiments du vérin double effet.
Pour améliorer
encore la protection de cette portion de circuit vis-à-vis de l'atmosphère
hostile et
d'éventuelles projections de bain, on peut utiliser le châssis porte-pelle
comme écran, en
montant le ou les vérins au-dessus de celui-ci et compléter la protection des
flexibles du circuit
hydraulique à proximité desdits vérins par des parois verticales entourant
lesdits vérins et
lesdits flexibles.
D'autre part, le fait de choisir pour actionneur de fermeture un ou plusieurs
vérin(s)
hydraulique(s) permet de consacrer l'air comprimé fourni par le compresseur
embarqué de la
machine de service à d'autres fonctions ou encore, de préférence, de choisir
un compresseur
de plus faible capacité, donc plus léger, pour équiper ladite machine de
service.
Dans un premier mode de réalisation selon l'invention, ledit premier
actionneur, appelé
également actionneur de levage , comprend un moteur électrique solidaire
dudit support
mobile, une liaison solidaire de ladite unité de collecte et couplée audit
moteur de telle sorte
que la rotation dudit moteur électrique entraîne le déplacement de ladite
unité de collecte par
le biais de ladite liaison, et ledit convertisseur est un variateur de vitesse
qui transmet audit
moteur électrique un courant de commande, dont les caractéristiques permettent
audit moteur
électrique d'imposer ledit déplacement vertical ~à ladite liaison. Ledit
moteur électrique peut
être le moteur d'un vérin électrique, ladite liaison étant la tige du vérin
supportant ou étant
couplée avec un mât vertical supportant ladite unité de collecte. Ce peut être
également le
moteur d'un treuil électrique, ladite liaison étant le câble supportant ladite
unité de collecte.
L'exemple 2 décrit ci-après illustre un tel mode de réalisation.
Dans une deuxième modalité de l'invention, ledit premier actionneur comprend
au moins un
vérin hydraulique qui comprend un corps solidaire du support mobile et un
piston relié à une
tige qui joue le rôle de ladite liaison et ledit convertisseur est un
distributeur monté sur la
portion du circuit hydraulique qui alimente avec un débit contrôlé la chambre
côté tige dudit
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vérin hydraulique. Ainsi, au moins lorsque ledit deuxième actionneur est
activé, le volume
d'huile dans la chambre côté tige est imposé par ledit distributeur qui,
avantageusement, est un
servo-distributeur électro-hydraulique asservi en débit et piloté par ledit
système de pilotage
programmable. De préférence, ledit distributeur est un servo-distributeur 4/3,
à action
s proportionnelle, commandé électriquement.
Dans cette deuxième modalité de l'invention, ledit premier actionneur comprend
au moins un
vérin hydraulique qui permet de déplacer verticalement ladite liaison à
laquelle est attaché le
reste de l'unité de collecte. De préférence, le bras manipulateur de l'unité
de collecte est un
bras télescopique, comprenant un mât mobile coulissant dans un bras fixe
, la tige dudit
vérin hydraulique étant solidaire du dit mât mobile et le corps dudit
vérin hydraulique étant
solidaire du dit mât fixe , lié au dit support mobile, par exemple une
tourelle porte-outils
fixée sur un chariot capable de longer la poutre d'un pont roulant, de sorte
que ladite unité de
collecte peut être déplacée et positionnée au-dessus de la zone de travail
avant d'être
descendue au niveau du trou anodique. Une solution "symétrique", consistant à
rendre le mât
mobile solidaire du corps du vérin et la tige solidaire du mât fixe
solidaire du support
mobile, est également possible. Dans les deux cas, la montée de l'unité de
collecte se fait en
alimentant en huile la chambre côté tige. Dans cette deuxième modalité de
l'invention, un
mode de réalisation préféré comprend un distributeur piloté par un automate
programmable
qui recueille à intervalles de temps réguliers, typiquement quelques dizaines
de millisecondes,
l'altitude H de l'axe sensiblement horizontal autour duquel pivote le godet et
la valeur L du
déplacement de la tige du piston du deuxième actionneur, déduit de ces
valeurs, à l'aide d'une
mémoire informatique associée, la valeur de consigne qu'il faut imposer à
l'altitude de l'axe de
pivotement du godet et injecte un signal en direction dudit distributeur de
façon à diminuer ou
23 augmenter le volume de l'huile qui alimente la chambre côté tige et qui est
nécessaire pour
atteindre la bonne altitude.
Ledit premier actionneur peut comprendre plusieurs vérins hydrauliques.
Toutefois, le
contrôle du volume d'huile dans chacune des chambres côté tige n'étant pas
aisé, il est
préférable d'utiliser comme premier actionneur un vérin unique dont la chambre
côté tige est
alimentée à l'aide d'un seul distributeur asservi.
Le dispositif selon l'invention permet en particulier d'effectuer une collecte
des débris en
définissant une distance de sécurité entre le fond de cuve et la lame du ou
des godets: dès que
la distance estimée est inférieure à cette distance de sécurité, le système de
pilotage envoie au
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dit distributeur une consigne qui permet d'augmenter le volume d'huile dans la
chambre côté
tige du vérin de façon à imposer l'altitude voulue au piston et par conséquent
à l'axe
sensiblement horizontal de rotation du godet.
Avantageusement, pour que la collecte de débris soit efficace, il faut
également que la distance
entre la lame du godet et le fond de cuve ne soit pas trop grande: dès que la
distance estimée
est supérieure à un éloignement limite prédéterminé, le système de pilotage
envoie au
distributeur une consigne qui permet de diminuer le volume d'huile dans la
chambre côté tige
du vérin. Dans l'exemple 1 présenté ci-après, on n'agit que sur le circuit
hydraulique reliant la
chambre côté tige: lorsqu'il faut éloigner le godet du fond de cuve, le servo-
distributeur à
action proportionnelle contrôle le débit d'huile envoyée sous la pression
requise dans la
chambre côté tige; lorsqu'il faut le rapprocher, elle évacue vers le réservoir
un débit contrôlé
d'huile provenant de la chambre côté tige, laquelle se trouve sous une
pression correspondant
sensiblement au poids de l'unité de collecte. Dans l'exemple 2, le variateur
de vitesse utilisé
émet un courant de commande qui peut agir non seulement sur l'amplitude de la
vitesse de
rotation mais aussi sur le sens de rotation du moteur électrique.
De préférence, la distance de sécurité et l'éloignement limite sont choisis
aussi proches que
possibles. Le fond de cuve étant en général plan, cela revient à imposer une
trajectoire
rectiligne au bord d'attaque du godet. Bien évidemment, cette trajectoire peut
être définie de
façon plus précise, en fonction de la géométrie réelle du fond de cuve à
l'endroit où la collecte
de débris doit être effectuée. En pratique donc, on définit une altitude visée
pour la lame du
godet et le système de pilotage programmable est associé à une mémoire
informatique
programmée pour fournir, en fonction de l'angle d'ouverture du godet
directement ou
indirectement mesuré, l'altitude de consigne que doit avoir le centre de
rotation instantanée
dudit godet. L'altitude visée pour la lame est constante si le fond de cuve
est considéré plan.
Elle peut être variable, en fonction de la position du trou anodique à traiter
dans la cellule; cela
nécessite simplement l'emploi d'une mémoire informatique associée au système
de pilotage
plus complexe, donnant des valeurs de consigne différentes suivant l'endroit
où travaille l'unité
de collecte. Ainsi, le dispositif selon l'invention permet de positionner le
ou les godets au plus
proche de la cathode, donc d'augmenter l'efficacité de l'opération de collecte
des débris sans
toucher le fond de cuve.
Sur le plan pratique, l'unité de collecte, suspendue au chariot mobile qui se
déplace le long du
pont roulant, est avantageusement munie d'un capteur de déplacement qui permet
de
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connaître à tout moment l'altitude du ou des axes sensiblement horizontaux de
rotation du ou
des godets. Le capteur de déplacement peut être un encodeur à câble ou un
télémètre laser.
L'altitude du fond de cuve est elle-même connue et peut être vérifiée
régulièrement, par
exemple en faisant descendre lentement l'unité de collecte placée dans une
position
3 prédéterminée jusqu'à ce que la lame du godet touche le fond de cuve. Le
godet est en général
délimité par une paroi axiale, c'est-à-dire une surface réglée engendrée par
une génératrice
parallèle à l'axe de pivotement et s'appuyant sur une courbe directrice
ouverte, et deux parois
transversales. Ces parois transversales ont un bord sensiblement rectiligne,
qui rejoint les
extrémités de la courbe ouverte. La position du godet peut être caractérisée
par l'angle a que
fait ce bord avec la verticale. En désignant par d la distance de ce bord à
l'axe de pivotement et
par h la distance entre la lame et la projection de l'axe de pivotement sur
ledit bord, on connaît
à tout moment, en fonction de l'angle d'inclinaison a du bord par rapport à la
verticale, la
différence d'altitude entre l'axe sensiblement horizontal et ladite lame, qui
est donnée par
l'expression: AZ= d cos a + h sin a. L'angle d'inclinaison est lui-même
directement relié à une
caractéristique dimensionnelle de l'actionneur qui fait pivoter le godet. Par
exemple, s'il s'agit
d'un vérin, l'angle d'inclinaison est directement relié à la course de la tige
du vérin.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le système de pilotage
programmable est
un automate programmable industriel (API en français, PLC (Prommable Logic
Controler) en
anglais) qui recueille à intervalles de temps réguliers, typiquement quelques
dizaines de
millisecondes, à l'aide d'un premier capteur, l'altitude de l'axe de
pivotement du godet, et à
l'aide d'un second capteur, la valeur de la course du vérin de fermeture et
déduit de ces valeurs,
à l'aide d'un programme informatique basé sur un modèle cinématique décrivant
la trajectoire
de la lame dans un référentiel approprié, la valeur de consigne qu'il faut
imposer à l'altitude de
l'axe de pivotement du godet et pilote en conséquence le servo-distributeur de
façon à
introduire ou évacuer le volume d'huile nécessaire pour atteindre la bonne
altitude.
Avantageusement, ledit vérin hydraulique est un vérin double effet dont la
tige est solidaire du
mât vertical et de ladite unité de collecte, avec une chambre côté tige apte à
imposer à tout
moment à ladite tige un mouvement vertical vers le haut et une chambre côté
piston apte à
imposer à tout moment à ladite tige un mouvement vertical vers le bas, les
deux chambres
pouvant être connectées, par l'intermédiaire d'au moins un distributeur, à une
source de
pression ou à un réservoir, le circuit d'alimentation comprenant plusieurs
portions de circuits
qui permettent de réaliser les schémas d'alimentation hydraulique suivants:
33 a) un schéma différentiel, où la chambre côté tige et la chambre côté
piston sont
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connectées à ladite source de pression, permettant d'assurer la descente à
grande vitesse du
mât;
b) un schéma correspondant au repos, l'unité de collecte restant suspendue, le
circuit étant
aménagé de telle sorte que ladite unité de collecte peut se déplacer
verticalement sans effort
3 en cas de rencontre d'obstacle;
c) un schéma où la chambre côté tige est connectée à la source de pression,
correspondant
à la montée de l'unité de collecte;
d) un schéma en fonctionnement asservi, où la portion de circuit alimentant la
chambre
côté tige comprend un distributeur asservi en débit et piloté par un système
de pilotage
programmable comprenant une unité de contrôle et de commande qui recueille les
données
concernant l'altitude dudit axe sensiblement horizontal et la différence
d'altitude entre la
lame du godet et l'axe sensiblement horizontal, déduit de ces données la
valeur de consigne
qu'il faut imposer à l'altitude dudit axe sensiblement horizontal et émet un
signal
représentatif de ladite valeur de consigne en direction dudit distributeur.
Dans l'exemple 1 présenté ci-après, nous décrivons plus en détail ces
différentes phases de
fonctionnement de l'unité de collecte.
Un autre objet selon l'invention est un module de service destiné à être
utilisé dans une usine
de production d'aluminium par électrolyse ignée et comprenant un chariot et
des organes de
manutention et d'intervention, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une
unité de collecte
selon l'invention, telle que décrite précédemment.
Un autre objet selon l'invention est une unité de service d'une usine de
production
d'aluminium par électrolyse ignée comprenant un pont roulant et caractérisée
en ce qu'elle
comprend également au moins un module de service selon l'invention, tel que
décrit
précédemment.
Un autre objet selon l'invention est l'utilisation d'un module de service
selon l'invention pour
les interventions sur des cellules d'électrolyse destinées à la production
d'aluminium par
électrolyse ignée, en particulier pour le nettoyage des trous anodiques, dans
laquelle ledit
premier actionneur est piloté par ledit système de pilotage programmable de
telle sorte que
ladite ou les dites lame(s) de godet suive(nt) une trajectoire prédéfinie,
typiquement située au-
dessus et parallèle au fond de cuve.
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Un autre objet selon l'invention est un procédé pour nettoyer un trou d'anode
lors du
remplacement d'une anode, dans lequel on utilise une unité de collecte selon
invention, ledit
premier actionneur étant monté solidaire d'une machine de service et on
procède de la
manière suivante :
a. on amène à l'aide des actionneurs de la MSE ladite unité de collecte, en
position fermée, au
droit du dit trou anodique, ledit premier actionneur étant au repos;
b. on actionne ledit premier actionneur en descente rapide jusqu'à une
altitude prédéterminée,
supérieure au niveau du bain situé dans la cuve, afin d'autoriser l'ouverture
de l'unité de
collecte ;
c. on actionne ledit deuxième actionneur de telle sorte qu'il ouvre les godets
jusqu'à ce que
lesdits godets atteignent une position ouverte de référence, typiquement
proche de l'ouverture
maximale permise par la course du deuxième actionneur;
d. on actionne ledit premier actionneur en descente lente jusqu'à une
altitude prédéfinie;
dans un mode de réalisation spécifique et préféré, l'altitude prédéfinie visée
est l'altitude
13 atteinte par un point représentatif de la liaison lorsque la lame du godet
arrive en contact avec
le fond de cuve. Ainsi, on actionne ledit premier actionneur en descente lente
jusqu'à ce qu'on
détecte le contact d'au moins une lame sur le fond de cuve; par exemple, si
l'actionneur est un
vérin hydraulique, on utilise un capteur permettant de détecter le moment où
la pression dans
le circuit d'huile qui alimente la chambre côté piston augmente brutalement,
un capteur
permettant de connaître l'angle d'ouverture du godet et un capteur de
déplacement qui permet
de connaître l'altitude de la liaison lors dudit contact ;
e. on définit, à partir de l'altitude atteinte en fin d'étape précédente, la
hauteur à laquelle doit
être ladite lame, en tenant compte d'une distance de sécurité et on en déduit
la trajectoire que
doit suivre ladite lame entre ladite position ouverte de référence et la
position fermée;
f. on actionne ledit premier actionneur pour remonter ladite unité de collecte
jusqu'au point
origine de la trajectoire définie à l'étape précédente ;
g. on actionne ledit deuxième actionneur, ledit premier actionneur étant en
mode asservi de
façon à ce que la lame suive la trajectoire définie en e) ;
h. une fois l'unité de collecte fermée, on actionne le premier actionneur en
mode montée puis,
lorsque l'unité de collecte a atteint une certaine altitude, on utilise les
actionneurs de la MSE
pour déplacer l'ensemble vers une aire de réception des débris récoltés.
La figure 1 illustre schématiquement une machine de service dans une salle
d'électrolyse
typique destinée à la production d'aluminium, vue en section.
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La figure 2 illustre un mode de réalisation particulier d'une unité de
collecte, qui est une pelle
à croûte, montée sur un mât de guidage vertical télescopique actionné par un
vérin
hydraulique.
La figure 3 illustre, en perspective, l'embiellage et la pelle à godet du mode
de réalisation de la
figure 2.
Les figures 4 à 7 illustrent, dans quatre configurations différentes, le
schéma d'un circuit
hydraulique alimentant le premier actionneur (vérin de levage) d'une unité de
collecte selon
l'invention. Ces configurations correspondent aux modes de fonctionnement
suivants: repos
(figure 4), descente rapide (figure 5), montée (figure 6) et fonctionnement
asservi (figure 7).
La figure 8 illustre schématiquement une unité de collecte selon l'invention,
dans laquelle le
premier actionneur est un vérin électromécanique.
Les usines d'électrolyse destinées à la production d'aluminium comprennent une
zone de
production d'aluminium liquide qui comprend une ou plusieurs salles
d'électrolyse. La salle
d'électrolyse (1) illustrée sur la figure 1 comporte des cellules
d'électrolyse (2) et une machine
de service (5). Les cellules d'électrolyse (2) sont normalement disposées en
rangées ou files,
chaque rangée ou file comportant typiquement plus d'une centaine de cellules.
Les cellules (2)
sont disposées de manière à dégager une allée de circulation le long de la
salle d'électrolyse (1).
Les cellules (2) comprennent une série d'anodes (3) munies d'une tige
métallique (4) destinée à
la fixation et au raccordement électrique des anodes à un cadre anodique
métallique (non
illustré).
L'unité de service (5) sert à effectuer des opérations sur les cellules (2)
telles que les
changements d'anodes ou le remplissage des trémies d'alimentation en bain
broyé et en
fluorure d'aluminium (A1F3). Elle peut également servir à manutentionner des
charges
diverses, telles que des éléments de cuve, des poches de métal liquide qui
sont employées lors
des coulées ("poches de coulée") ou encore des anodes. Elle peut également
être utilisée pour
nettoyer le trou d'anode, après l'enlèvement d'une anode usée et avant la mise
en place d'une
anode neuve.
L'unité de service (5) comprend un pont mobile (6) qui peut être translaté au-
dessus des
cellules d'électrolyse (2), et au moins un module de service (7) comprenant un
chariot mobile
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(8), dit "porte-outils", apte à être déplacé sur le pont mobile (6) et équipé
de plusieurs organes
de manutention et d'intervention (10), tels que des outils, parmi lesquelles
peut figurer la pelle
à croûte (100'). Les outils sont ici montés sur des mâts télescopiques
verticaux (9) attachés au
chariot mobile (8). Comme nous l'avons déjà vu, par exemple dans la demande de
brevet
européen EP-A-0 440 488, une pelle à croûte peut également être déplacée et
manoeuvrée à
partir d'un véhicule autre qu'une machine de service. L'invention s'applique à
toute unité de
collecte, quel que soit son mode de déplacement et de mise en place au-dessus
de la zone de
travail.
Les figures 2 et 3 illustrent un mode de réalisation particulier d'une unité
de collecte (100), qui
est une pelle à croûte (100') fixée à l'extrémité d'un bras télescopique, au
bout du bras mobile
appelé ici "fût de pelle" (11). Le fût de pelle est un mât vertical mobile
(9") coulissant dans un
mât vertical (9'), qui lui-même se déplace verticalement sous l'effet d'un
actionneur (non
représenté), apte à effectuer des déplacements plus rapides, tout en restant
solidaire de la
tourelle porte-outils du chariot mobile (8) d'un module de service (7). La
pelle à croûte
comprend un châssis (110) muni de deux godets (120a et 120b) placés en vis-à-
vis, de façon
substantiellement symétrique par rapport à un plan sensiblement vertical et
articulés, pivotant
autour de deux axes sensiblement horizontaux (115a et 115b). Chaque godet
(120a, 120b)
présente un bord d'attaque, ou lame (128a, 128b) en vis-à-vis de la lame
(128b, 128a) de l'autre
godet (120b, 120a). Le deuxième actionneur se présente ici sous la forme de
deux vérins (200,
201) solidaires du châssis (110), fonctionnant simultanément, en imposant à
chacun des
godets, par l'intermédiaire d'une bielle de liaison (300, 300'), un mouvement
de rotation
sensiblement symétrique par rapport au plan sensiblement vertical, de façon à
ce que les débris
solides situés entre les deux godets se trouvent piégés par lesdits godets.
Jusqu'à la présente
invention, les deux vérins du second actionneur étaient des vérins
pneumatiques
particulièrement bien adaptés pour l'opération de claquage.
EXEMPLES DE REALISATION
EXEMPLE 1 (Figures 2 A 7)
Les figures 4 à 7 illustrent, dans quatre configurations différentes, le
schéma d'un circuit
hydraulique alimentant le premier actionneur (50) d'une unité de collecte
selon l'invention, qui
possède par ailleurs les caractéristiques décrites précédemment (figures 2 et
3).
33 Le premier actionneur (50), ou vérin de levage, est un vérin double effet
(51) avec un corps
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(55) et un piston (56) associé à une tige (52). La tige (52) est solidaire de
l'unité de collecte
(non représentée sur les figures 4 à 7). Le vérin double effet (51) a une
chambre côté tige (53),
dite inférieure, apte à imposer à tout moment au mât vertical mobile (9") un
mouvement
vertical vers le haut et une chambre côté piston (54), dite supérieure, apte à
imposer à tout
moment au dit mât vertical mobile un mouvement vertical vers le bas. Le
circuit hydraulique
comprend deux portions (63) et (64) qui alimentent les deux chambres (53) et
(54) du vérin
double effet (51). Le circuit peut être connecté, via un distributeur à trois
positions, appelé
"distributeur de sens" (80), à la "ligne pression" (P) et à la "ligne retour"
(R) d'une centrale
hydraulique. Le distributeur de sens (80) est naturellement dans la position
(802) qui
correspond au repos et peut être excité pour être mis dans l'une des deux
autres positions
possibles: la position (803) où la tige (52) du vérin fait descendre l'unité
de collecte et la
position (801) où la tige du vérin fait monter ladite unité de collecte.
La portion de circuit (64) comprend une branche principale (640) dont une
extrémité est
1s connectée au distributeur de sens (80) et dont l'autre extrémité est
connectée à la chambre -
piston (54) du vérin (51).
La portion de circuit (63) comprend une branche principale (630) dont une
extrémité est
connectée au distributeur de sens (80) et dont l'autre extrémité se ramifie en
deux sous-
branches, dont chacune est équipée d'un distributeur à deux positions (81,
82), la première
sous-branche (631 comprenant 6310, 6311, 6312 et 6313) étant associée à une
valve de retenue
(90), la seconde sous-branche (632 comprenant 6320, 6321 et 6322) étant
associée au servo-
distributeur électrohydraulique (83). Les deux sous-branches se rejoignent en
leurs autres
extrémités pour constituer la portion de circuit (633) qui alimente la chambre
- tige (53) du
vérin (51).
La figure 4 illustre le circuit lorsque le vérin de levage est au repos. Le
distributeur de sens (80)
est naturellement dans la position (802), laquelle met les deux portions de
circuit (63) et (64)
en connexion entre elles par le biais de leurs branches principales
respectives (630) et (640). Le
so distributeur (82) se trouve dans la position (821) qui bloque la
circulation dans la deuxième
sous-branche. Isolée par le distributeur (82) en position (821) et par la
valve de retenue (90)
qui est "non passante" (les pressions de pilotage des branchements (92) et
(93) sont
insuffisantes pour la rendre passante), la chambre-tige (53) est maintenue, en
dehors de tout
choc, à une pression sensiblement constante, associée au poids de l'unité de
collecte. La
branche de circuit (633) est équipée d'une sécurité, intégrée dans la fonction
de la valve de
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retenue (90), pour limiter la pression dans la chambre-tige en cas de choc.
La figure 5 illustre le circuit lorsque le vérin de levage est en descente
rapide. Le distributeur
de sens (80) est excité pour occuper la position (803), laquelle met les deux
portions de circuit
(63) et (64) en communication avec la ligne de pression (P) de la centrale
hydraulique, les deux
portions de circuit (63) et (64) communiquant également entre elles, par le
biais de leurs
branches principales respectives (630) et (640), au niveau du distributeur de
sens (80) lorsqu'il
est dans cette position (803). Le distributeur (82) se trouve dans la position
(821) qui bloque la
circulation dans la deuxième sous-branche. Le distributeur (81) se trouve dans
la position
(811) et autorise le fonctionnement de la valve de retenue (90): dès que la
résultante des efforts
dus aux pressions de pilotage provenant d'une part de la branche (92) et
d'autre part de la
branche (93) est supérieure à une certaine valeur, la valve de retenue (90)
devient "passante".
La valve de retenue (90) est réglée à une valeur critique, typiquement voisine
de 180 bars, de
sorte que, dès que ses pilotages disposent des pressions suffisantes, elle
devient passante et
l'huile peut s'écouler de la chambre-tige (53) vers la chambre-piston (54),
via les branches (630)
et (640), qui communiquent entre elles au niveau du distributeur de sens (80),
placé en
position (803). De la sorte, le débit d'huile provenant de la centrale
hydraulique se trouve
augmenté du débit d'huile provenant de la chambre-piston. Si le x est le
rapport (section de la
chambre-piston (54)) / (section de la tige (52)), le débit provenant de la
centrale hydraulique
est multiplié par x, de sorte qu'avec un tel montage différentiel, la tige de
piston peut
descendre avec une vitesse x fois plus rapide qu'avec un montage classique.
La figure 6 illustre le circuit lorsque le vérin de levage monte la tige (52).
Le distributeur de
sens (80) est excité pour occuper la position (801), laquelle met la branche
principale (630) en
connexion avec la ligne pression (P) de la centrale hydraulique et la branche
principale (640)
en communication avec le réservoir de la centrale hydraulique, via la ligne
retour (R). Le
distributeur (82) se trouve dans la position (821) et le distributeur (81) se
trouve dans la
position (811). L'huile sous pression passe par la branche principale (630),
traverse le
distributeur (81) en position (811) et rejoint les portions (6313) et (633)
via le clapet anti-
retour (91), pour alimenter la chambre-tige (53). Au fur et à mesure de la
montée du piston,
l'huile située dans la chambre-piston (54) est évacuée vers la ligne retour
(R) de la centrale
hydraulique, via la branche principale (640).
La figure 7 illustre le circuit lorsque le vérin de levage est activé dans un
mode asservi lors de
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la collecte des débris. Le distributeur de sens (80) est excité pour occuper
la position (801),
laquelle met la branche principale (630) en connexion avec la ligne de
pression (P) de la
centrale hydraulique et la branche principale (640) en connexion avec la ligne
retour (R) de la
centrale hydraulique. Le distributeur (82) se trouve dans la position (822) et
le distributeur (81)
se trouve dans la position (812). Suivant que l'on veut faire monter ou
descendre le vérin, le
servo-distributeur est activé pour être mis dans la position (831) pour la
descente ou (833)
pour la montée.
Le servo-distributeur est piloté par un automate programmable (84) qui est
reçoit les
indications fournies par deux capteurs:
- le premier indique la distance (H) entre un niveau horizontal de référence
(N) (par exemple
une plate-forme de la tourelle porte-outils) et un point fixe du châssis
(110') de l'unité de
collecte (représenté sur la figure 7 par le niveau horizontal commun des axes
de rotation des
godets), ce qui permet de connaître l'altitude de l'axe (115') autour duquel
pivote le godet
(120') dont la forme est schématisée en pointillés;
- le second indique la course (L) de la tige du vérin de fermeture (200'),
lequel, par le biais
d'une bielle commune (300'), commande l'ouverture et la fermeture des deux
godets.
A toute valeur L de la course du piston du vérin de fermeture correspond un
angle d'ouverture
déterminé des godets, égal à deux fois l'angle (a) que fait le bord (129') du
godet avec la
verticale. En désignant par d la distance de ce bord (129') à l'axe de
pivotement (115') et par h
la distance entre la lame (128') et la projection orthogonale de l'axe de
pivotement sur ledit
bord (129'), on connaît à tout moment la différence d'altitude entre l'axe
(115') et ladite lame,
qui est donnée par l'expression: OZ= d cos a + h sin a.
Ainsi, à toute position de la tige du vérin de fermeture correspond une
altitude à laquelle doit
se trouver ledit axe pour que la lame (128') se trouve à une altitude
supérieure ou égale à une
valeur donnée correspondant à l'altitude théorique du fond de cuve augmentée
d'une certaine
marge de sécurité, typiquement une ou quelques dizaines de millimètres. Le
système de
pilotage programmable est un automate programmable (84) associé à une mémoire
informatique (85) qui lui permet, en fonction des valeurs de mesure de (H) et
(L) transmises,
de définir une altitude de consigne au vérin de levage (50). Si l'altitude de
consigne est
supérieure à l'altitude effective du vérin de levage, il y a danger de
collision entre la lame du
godet et le fond de cuve et il faut que le servo-distributeur soit activé vers
une position (833)
pour corriger rapidement la trajectoire de ladite lame. L'automate
programmable (84) envoie
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un signal (S) au servo-distributeur (83), qui est un servo-distributeur à
action proportionnelle,
imposant à la portion de circuit alimentant la chambre côté tige un débit
d'huile (D) d'autant
plus important que l'écart par rapport à la position de consigne est grand. Le
signal présente
des caractéristiques qui permettent de déplacer l'organe mobile du servo-
distributeur dans une
position de type (833) plus ou moins avancée, selon le débit d'huile sous
pression voulu, l'huile
provenant des branches (630) et (632) et alimentant la chambre côté tige via
les branches
(6321), (6322) et (633).
Lorsque par contre l'altitude de consigne est inférieure à l'altitude
effective du vérin de levage
(50), il faut que le servo-distributeur soit activé pour abaisser l'altitude
de la lame. L'automate
programmable (84) envoie un signal (S) au servo-distributeur (83) pour le
mettre dans une
configuration correspondant à une position (831), où l'huile sous pression
n'alimente plus la
chambre côté-tige, laquelle est mise en relation avec la ligne retour (R), via
les branches (65),
(6321), (6322) et (633), le débit (() d'évacuation de l'huile vers la ligne
retour étant contrôlé
par l'ouverture du servo-distributeur, laquelle est commandée par le signal
émis par l'automate
programmable.
L'automate programmable (84) recueille à intervalles de temps réguliers,
typiquement quelques
dizaines de millisecondes, l'altitude H de l'axe de pivotement du godet et la
valeur L de la
course du vérin de fermeture et déduit de ces valeurs, à l'aide d'un programme
informatique
basé sur un modèle cinématique qui décrit la trajectoire de la lame dans un
référentiel
approprié, la valeur de consigne qu'il faut imposer à l'altitude de l'axe de
pivotement du godet
et émet un signal (S) en direction du servo-distributeur (83) de façon à
introduire ou évacuer le
volume d'huile nécessaire pour atteindre la bonne altitude.
Le second actionneur (200'), ici simplement schématisé essentiellement pour
illustrer le rôle
qu'il joue dans le principe de fonctionnement du premier actionneur (50), ce
dernier étant
piloté en particulier en fonction de la configuration spatiale dudit second
actionneur. Ce
second actionneur, dont le corps est solidaire de la tige (52) du premier
actionneur (50), est ici
un vérin hydraulique double effet relié à un circuit d'alimentation dont une
partie permet un
montage en différentiel pour assurer la fonction de claquage.
Ainsi, pour nettoyer un trou d'anode lors du remplacement d'une anode, on peut
utiliser une
unité de collecte selon l'invention, telle qu'illustrée sur les figures 2 à 7,
montée sur un mât
vertical télescopique solidaire d'une machine de service électrolyse (MSE) et
on procède de la
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manière suivante :
- On amène à l'aide des actionneurs de la MSE ladite unité de collecte, en
position
fermée, au droit du dit trou anodique, le vérin de levage étant au repos
(configuration
illustrée par la figure 4) ;
- On actionne le vérin de levage en descente rapide (configuration illustrée
par la figure
5) jusqu'à une altitude prédéterminée, supérieure au niveau du bain situé dans
la cuve,
afin d'autoriser l'ouverture de l'unité de collecte;
- On actionne l'actionneur des godets, dit vérin de fermeture , de telle
sorte qu'il ouvre
les godets jusqu'à ce qu'ils atteignent une position ouverte de référence,
typiquement
proche de l'ouverture maximale des godets permise par la course du dit vérin
de
fermeture.
- On actionne le vérin de levage en descente lente (alimentation
spécifique de la
chambre côté piston) jusqu'à ce qu'on détecte le contact d'au moins une lame
sur le
fond de cuve ; on utilise par exemple un capteur permettant de détecter le
moment où la
pression dans le circuit d'huile qui alimente la chambre côté piston augmente
brutalement et un capteur de déplacement qui permet de relever l'altitude de
la lame lors
dudit contact;
- On définit à partir de cette altitude la hauteur à laquelle doit être ladite
lame, en tenant
compte d'une distance de sécurité et on en déduit la trajectoire que doit
suivre ladite
lame entre ladite position ouverte de référence et la position fermée;
- On actionne ledit vérin de levage pour remonter ladite unité de collecte
jusqu'au point
origine de la trajectoire définie à l'étape précédente (configuration
illustrée par la figure
6);
- On actionne le vérin de fermeture, le vérin de levage étant en mode asservi
de façon à ce
2 que la lame suive la trajectoire définie précédemment (configuration
illustrée par la
figure 7) ;
- Une fois l'unité de collecte fermée, on actionne le vérin de levage en mode
montée
(configuration illustrée par la figure 6) puis, lorsque l'unité de collecte a
atteint une
certaine altitude, on utilise les actionneurs de la MSE pour déplacer
l'ensemble vers une
aire de réception des débris récoltés.
EXEMPLE 2 (Figure 8)
La figure 8 illustre schématiquement une unité de collecte, dans laquelle le
premier actionneur
(50) est un moteur électrique (53') alimenté à l'aide d'un circuit qui permet
d'asservir la
rotation dudit moteur. Ici, le moteur électrique est celui d'un vérin
électrique (51') qui impose
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un déplacement vertical à la liaison (52') solidaire du châssis (110'). Dans
une variante de cet
exemple, on remplace le vérin électrique par un treuil électrique, la liaison
étant alors un câble
relié audit châssis, le déplacement vertical de celui-ci étant par exemple
guidé par un dispositif
de guidage fixé sur le support mobile.
Le moteur (53'), suivant le courant de commande (I) envoyé par le variateur de
vitesse (83'),
est à tout moment apte à imposer à la liaison (52') un mouvement vertical vers
le haut ou vers
le bas à la vitesse requise. Le variateur de vitesse (83') est piloté par un
automate
programmable (84) qui reçoit les indications fournies par deux capteurs :
- le premier indique la distance (H) entre un niveau horizontal de référence
(N) (par exemple
une plate-forme de la tourelle porte-outils) et un point fixe du châssis
(110') de l'unité de
collecte (représenté sur la figure par le niveau horizontal commun des axes de
rotation des
godets), ce qui permet de connaître l'altitude de l'axe (115') autour duquel
pivote le godet
(120') dont la forme est schématisée en pointillés;
- le second indique la course (L) de la tige du vérin de fermeture (200'),
lequel, par le biais
d'une bielle commune (300'), commande l'ouverture et la fermeture des deux
godets.
A toute valeur L de la course du piston du vérin de fermeture correspond un
angle d'ouverture
déterminé des godets, égal à deux fois l'angle (a) que fait le bord (129') du
godet avec la
verticale. En désignant par d la distance de ce bord (129') à l'axe de
pivotement (115') et par h
la distance entre la lame (128') et la projection orthogonale de l'axe de
pivotement sur ledit
bord (129'), on connaît à tout moment la différence d'altitude entre l'axe
(115') et ladite lame,
qui est donnée par l'expression: OZ= d cos a + h sin a.
Ainsi, à toute position de la tige du vérin de fermeture correspond une
altitude à laquelle doit
se trouver ledit axe pour que la lame (128') se trouve à une altitude
supérieure ou égale à une
valeur donnée correspondant à l'altitude théorique du fond de cuve augmentée
d'une certaine
marge de sécurité, typiquement une ou quelques dizaines de millimètres. Le
système de
pilotage programmable comprend un automate programmable (84) associé à une
mémoire
informatique (85) qui lui permet, en fonction des valeurs de mesure de (H) et
(L) transmises,
de définir l'altitude de consigne de l'axe sensiblement horizontal autour du
quel pivote un
godet. Si l'altitude de consigne est supérieure à l'altitude effective, il y a
danger de collision
entre la lame du godet et le fond de cuve. Le variateur de vitesse (83') est
alors activé de telle
manière qu'il puisse corriger rapidement la trajectoire de la lame. L'automate
programmable
(84) envoie un signal (S) au variateur de vitesse (83'), qui convertit ledit
signal en un courant de
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commande (I) qui impose au dit moteur électrique un sens de rotation et une
vitesse d'autant
plus importants que l'écart par rapport à la position de consigne est grand.
Inversement,
lorsque l'altitude de consigne est inférieure à l'altitude effective, le
variateur de vitesse (83') est
activé de telle manière qu'il puisse corriger rapidement l'asservissement du
moteur, pour
abaisser l'altitude de la lame. L'automate programmable (84) envoie un signal
(S) au variateur
de vitesse (83') qui impose au moteur un sens de rotation et une vitesse
d'autant plus
importants que l'écart par rapport à la position de consigne est grand.
