Généralités et définitions du DIY HD

Texte rédigé par Pierre Amadieu en Août 2016.

Remonter à la page Architecture et vision d'ensemble (DIYHD).

Principes de bases de la conception du DIYHD

Je conçois et dessine le DIYHD comme un outil low tech et low cost. Afin qu’il soit facilement et à moindre coût, constructible, opérable et maintenu. Pas besoin d’être Crésus, ingénieur, super équipé ou installé en occident pour se l’approprier.

Une petite partie électronique : capteurs, lecteurs, petit automate et variateurs électroniques ; permettant de calibrer et réguler le débit des pailles constitue la partie la plus high tech du DIYHD

De même, quelques équipements pneumatiques viendront intégrer les équipements.

Sinon la plupart des éléments sont construits sur des supports et formes métalliques standards disponibles chez les distributeurs de fers et aciers (axes, tubes, fers plats, tôles, poutres….)

La partie électromécanique, puissance et commande, centralisée dans une armoire électrique est conçue pour une alimentation 380 V 3phases, éventuellement couplée avec du 220V mono.

La puissance nominale de la ligne se situe aux environ de 50 kW, mais peut évoluer sensiblement avec l’ajout d’éventuelles solutions optionnelles.

La ligne est constituée d’une succession d’éléments mécaniques. La partie principale (la plus spécifique) de la ligne traite les fibres, des parties dérivées, fourches, traitent les chènevottes et les poussières.

La puissance est transmise par des motoréducteurs conventionnels, entrainement par chaine, par courroie ou directement en bout d’arbre. La puissance est parfois transmise d’un élément à un autre par chaine, ce qui limite le nombre de motoréducteurs tout en autorisant synchronisation ou désynchronisation des vitesses de travail successives.

Le dimensionnement des éléments est basé sur mon expérience, des ajustements à venir demandés par un usage intensif ou bien calculés en amont par un ingénieur structure. Des mesures de contraintes pourraient également être réalisées in situ sur les prototypes.

La ligne pourrait aussi être conçue avec d’autre matériaux : châssis en bois, ou en composite par exemple… La richesse des contributions de la communauté alimentera très certainement des versions ultérieures

Le DIYHD est une ligne de transformation des pailles de chanvre. Cette ligne est constituée d’une succession d’équipements liés entre eux pour la plupart du temps, à minima liés au sol. Un élément de la ligne est un ensemble mécanique, constitué de sous ensembles et d’équipements divers.

Notre unité de mesure linéaire est le mm.

Principes de construction mécanique retenus

Les équipements à l’atelier

Le DIYHD est conçu pour être construit et assemblé avec des moyens minima, disponibles pour la plupart dans tous les ateliers de ferme ou chez tous bons bricoleurs et professionnels de la ferronnerie et construction mécanique.

Pour les équipements les plus lourds :

• un compresseur d’atelier 100 litres (peinture, clé à chocs, riveteuse, soufflette, vérins pneumatiques…)
• une perceuse sur colonne avec cône morse 2 ou supérieur, forêts, scies cloches, fraises….
• un poste de soudure : à l’arc, semi auto ou autre
• un solide établi équipé d’un étau
• déserte, établi pliant, tréteaux
• tronçonneuse à métaux sur châssis
• un touret fixe
• meuleuses d’angles, ø320 et ø 125
• perceuse à main et perceuse visseuse
• scie sauteuse, lime électrique…

Equipement de traçage : réglet, équerre, équerre à chapeaux, compas, pointe à tracer, pointeau, marteau, fausse équerre, mètre à ruban, pied à coulisse

Proverbe d’ajusteur : « qui chante au traçage, déchante au montage »

Clés diverses, tournevis, pieds de biches, soit une boite à outil complète

Les prestataires à envisager

Si vous ne disposez pas en interne des équipements et savoir faire bien sur.

Un tourneur fraiseur pour réaliser essentiellement des rainures de clavettes sur arbres, des brochages pour pignons pleins usinés au diamètre de l’arbre qui le reçoit, quelques arbres spécifiques.

Votre fournisseur de fers, équipé de scie à ruban pour vos débits de matières en barre, de plieuse, rouleuse et trancheuse pour vos tôles.

Un prestataire qui fasse de l’usinage laser pour découpe des pièces en tôle épaisses : gabarits, joues de cylindres….jusqu’à l’usinage éventuels des pièces latérales de châssis, si vous ne les faies pas vous-même à la perceuse sur colonne

Un électromécanicien pour les opérations de câblage armoire, câblage ligne et moteurs. Pour les opérations de maintenance également et pour toute modification électrique sur la ligne

Votre fournisseur de matériel électrique, électronique pour programmer l’automate.

ARDUINO peut quelque chose pour nous ? il y a du disponible dans le libre ?

Assemblages et liaisons mécaniques des éléments et sous-ensembles

De nombreux sous éléments, les châssis notamment, sont généralement construit et assemblés par soudure.

La plupart des éléments nécessitant montages et démontages sont assemblés par visserie. Pour l’assemblage des éléments de structure j’utilise principalement de la visserie standard M12, afin de faciliter les opérations en évitant les changements trop fréquents de clés. Clé de 19 donc, parfois 18 pour les têtes de vis.

Les tôles, carters, toiles, bâches sont plus généralement fixés au châssis avec des rivets pop, vis auto-taraudeuses

Les châssis

Les châssis sont réalisés à partir de tôles pliées ou bien de tubes d’acier profilés de section le plus souvent carrée ou rectangulaire. Ce sont des éléments aux dimensions et caractéristiques relativement commune à défaut d’être internationalement standardisés. Des matériaux de base donc à moindre coût, car produits en grande série et largement distribués.

Les châssis sont généralement composés de 2 joues, une joue gauche et une joue droite.

Les côtés gauche et droit d’un élément ou de la ligne elle-même sont définis par une observation orientée d’amont en aval de la ligne.

Les 2 côtés, gauche et droit) d’un même châssis sont reliés entre eux par des entretoises logées dans des fourreaux et bloquées par vis, ou bien par des entretoises soudées.

Si la rigidité de la liaison entretoise/joues n’est pas suffisamment rigide, des contreventements sont alors positionnés.

Des pieds relient les châssis au sol. Ces pieds peuvent être réglables en hauteur et scellés au sol via une vis et une cheville. La ligne est assemblée sur un plan ( ex : dalle de béton )

Les châssis des éléments successifs sont reliés et immobilisés entre eux par un système de brides ajustables, gauches et droites.

Pour des équipements positionnés en hauteur ou hauts sur pied un contreventement avec des supports de génie civil peut être nécessaire (sol, mur, pilier…)

Arbres et transmissions

L’acier utilisé est du CC40 étiré à froid, ou qualité supérieure, ce qui lui donne une cote de diamètre exploitable sans usinage pour nos montages.

Les arbres d’entrainements et arbres entrainés sont positionnés et immobilisés sur les châssis avec des paliers fonte à appliques, auto-alignés.

La transmission de la puissance mécanique est réalisée sur les arbres par clavetage parallèle normalisé. De même, les éléments fixés sur les arbres sont immobilisés en rotation par ce même type de clavette.

La plupart des éléments de liaison ou de transmission positionnés sur les arbres (poulies, pignons, roues dentées, moyeux à visser ou à souder) le sont par l’interface de moyeux amovibles. Les motoréducteurs peuvent être parfois directement montés sur les arbres

Rouleaux

Dans la ligne de nombreux rouleaux sont utilisés, lisses ou cannelés ou équipés. Ils sont construits sur la base d’un cylindre coupé à longueur, de 2 joues latérales issues de découpe laser, glissant à l’intérieur du cylindre, de deux moyeux à souder et deux moyeux amovibles. L’arbre portant ce cylindre est usiné de rainures de clavettes en bout pour entrainement et de rainures de clavette aux positions des moyeux des joues des cylindres pour leur immobilisation en rotation sur l’arbre. Les joues sont soudées aux moyeux à souder puis sont montées sur l’arbre, justement positionnées et enfin soudées au cylindre. Les joues ne sont pas positionnées à fleur des rouleaux mais glissées à 20 à 30 mm à l’intérieur

S’il s’agit de rouleaux cannelés, le positionnement pour soudure des barres constituant les cannelures peut se faire avantageusement à l’aide d’un gabarit dimensionné à propos, issu d’usinage laser.

Manutention levage

Pour des équipements les plus légers et pour la plupart des sous ensembles en phase de construction ou d’assemblage on peut utiliser grue d’atelier pliable, plateau roulant, diable, transpalette, rampes, tables élévatrices, palan, cric, treuil…

Sinon utiliser tout engin de levage et de manutention approprié et homologué, avec chauffeur certifié et personnel équipé, pour les équipement les plus lourds : dérouleur balle ronde, broyeur à rouleau, bobineur, trommel…

Usage privilégié d’élingues souples, de manilles et d’anneaux de levage, et palonnier pour les éléments de plus grande dimension ( long convoyeur…)

Sécurité

Les opérateurs prendront soin de s’équiper pour chaque situation des équipements réglementaires nécessaires à leur sécurité.

DIY Hemp Decorticator, module de défibrage et évolutions

Le DIY Hemp Decorticator est une ligne de défibrage des pailles de chanvre. Il permet à ses propriétaires et usagers de transformer les pailles de chanvre ( hors sommités, feuilles et corps étrangers si présents dans les pailles) en 3 coproduits dans des proportions qui sont d’environ :

• 35 % de fibres
• 60 % de chènevottes
• 5 % de poussières

Cette première transformation pourra être jugée aboutie en un seul passage de matière, comme elle pourrait nécessiter 2 passages de matières. Le deuxième passage des fibres bénéficiant de réglages différents.

Cette première transformation des pailles apportera aux chanvriers :

• des chènevottes marchandes pour les besoins de l’écoconstruction et isolation locale
• des fibres marchandes :
  • pour les besoins locaux d’isolants écologiques
  • pour des clients, partenaires, co-opérateurs fibres textiles ou fibres techniques
• des poussières :
  • éventuellement marchandes en vrac
  • qui rejoindront le cycle des matières organiques des agriculteurs producteurs pour compostage, amendement organique ou encore pour méthanisation

Diverses évolutions pourront voir le jour sur la base du module de défibrage, dès lors que la communauté des développeurs et des usagers se sera familiarisée avec ce module de défibrage et que nombreux appréhenderont les larges potentiels et les opportunités nouvellement révélées des pailles et fibres de chanvre en tant que bio matériau .

Dans le module défibrage DIY HD, un élément reste à finaliser (conception, construction, expérimentation et évolution), il s’agit de l’élément n°7 identifié à ce jour Lisseur et/ou Briseur (de fibres), tant il serait intéressant de pourvoir lui conférer ces deux fonctions, il pourrait ainsi suivant ses réglages produire des fibres :

• pour les besoins locaux d’isolants écologiques
• pour des clients, partenaires, co-opérateurs fibres textiles ou fibres techniques

Pour ce Lisseur/Briseur, j’ai déjà une idée assez précise quant à sa conception, il me semblerait aussi intéressant de réaliser quelques nouveaux essais avec :

• broyeur à marteaux
• batteur de moissonneuse batteuse

Gardons ce Lisseur/Briseur sous le coude, il pourra intégrer notre démarche CAO lorsque nous serons avancés sur les autres composants de la ligne.

La spécificité du conditionnement fibre, les bobines, conduira dans une deuxième étape prochaine les développeurs à imaginer ou à produire des solutions pour l’utilisation des fibres en bobines par leurs utilisateurs (dérouleur manuel ou motorisé, projeteur, souffleur… ).

Lexique, éléments de langage

Ne pas hésiter à me demander la signification de tel ou tel mot que je viendrais à utiliser, n’hésitez pas non plus à me corriger lorsque j’emploie improprement un mot.

Ouvrir/ ouvraison/ouvreuse : l’action d’ouvir de la matière concerne à la fois des pailles, des fibres, des balles. Une ouvreuse de balle défait et aère les pailles ou les fibres compressée. Une ouvreuse de balle se trouve en tête des lignes industrielles. Ouvrir des fibres consiste à affiner les faisceaux des fibres avec une ouvreuse : tambour à pointes tournant à grande vitesse, les fibres étant tenues par une presse 5 une paire de rouleaux alimentaires retenant par forte compression le flux de fibres qui circule entre les 2 rouleaux). Sous l’action de l’ouvreuse, les faisceaux de fibres sont déchirés, affinés et raccourcis. On peut ainsi qualifier une ouvreuse d’effilocheuse ou de cardeuse selon ses spécificités. Loup ouvreur, ouvreuse fine…