PFE: Étude et Conception d'un Malaxeur de Béton

Étude et Conception d'un Malaxeur à Train Valseur : Guide Complet avec Plans et Calculs

Bienvenue sur mon blog dédié à l'ingénierie mécanique et aux projets innovants ! Aujourd'hui, nous plongeons dans l'univers de la conception de machines pour le BTP. Si vous cherchez des informations détaillées sur la conception d'un malaxeur, vous êtes au bon endroit. Cet article, basé sur un projet de fin d'études (PFE), explore l'étude et conception d'un malaxeur de type planétaire (ou à train planétaire), en mettant l'accent sur les choix techniques optimisés pour l'efficacité et la durabilité. Nous aborderons l'étude des besoins, les analyses techniques, les calculs des composants clés comme les engrenages, arbres de transmission et poulies-courroies, tout en incluant des liens pour télécharger les plans PDF et les pièces en SolidWorks.

Pourquoi Concevoir un Malaxeur  Personnalisé ?

Les malaxeurs sont essentiels pour produire un mélange homogène, par exemple: farine, sucre et eau. Ce PFE met l'accent sur une conception sur mesure pour des applications industrielles ou de laboratoire.

Le marché des malaxeurs est en croissance, avec une demande pour des machines fiables et éco-énergétiques. Un malaxeur planétaire, avec son mouvement orbital, assure un mélange plus uniforme que les modèles basiques, réduisant les temps de cycle et les pertes de matériaux. Ce projet vise une capacité de 20-50 kg pour un usage laboratoire, mais scalable pour l'industrie.

Étude des Besoins et Analyse Technique (FAST)

Avant toute conception, une étude des besoins est cruciale. Dans ce PFE, nous avons utilisé la méthode FAST pour décomposer les fonctions du malaxeur :

• Fonction principale : Mélanger homogènement les composants du béton.
• Fonctions secondaires : Transmettre la puissance motrice, assurer la sécurité (arrêt d'urgence), faciliter le nettoyage et minimiser les vibrations.
• Contraintes : Coût inférieur à 3000 €, puissance moteur de 2-3 kW, vitesse de rotation de 50-100 tr/min pour éviter les surchauffe.

L'analyse FAST a révélé des priorités comme la robustesse face à l'abrasion du béton et l'efficacité énergétique. Nous avons comparé les options de transmission :

• Transmission par chaîne : Rejetée pour son bruit élevé, sa maintenance fréquente (lubrification) et son risque de rupture sous charge abrasive.
• Moto-réducteur direct : Écarté en raison de son coût plus élevé et de sa rigidité, qui transmet les vibrations au moteur.
• Transmission par poulie-courroie : Choisi pour sa flexibilité, son absorption des chocs, son faible bruit et sa facilité de réglage. Avec n = 4 courroies, elle assure une redondance et une distribution uniforme de la charge.

 

 Transmission par poulie-courroie 

Cette décision optimise la durabilité du système.

Conception Technique et Calculs des Éléments Clés

Passons aux aspects techniques. Notre malaxeur adopte un design planétaire avec un bol fixe et des pales rotatives orbitales, inspiré des modèles industriels mais adapté pour une échelle réduite.

 

 Vidéo: malaxeur à train valseur, Source: Pierre Provot

  

Calcul des Engrenages

Les engrenages assurent la réduction de vitesse du moteur. Pour un rapport de réduction de 1:20 :

• Module m = 2 mm (choisi pour la résistance).
• Nombre de dents : Satellite Z1 = 20, planétaires Z2 = 40, couronne Z3 = 100.
• Calcul de la force tangentielle Ft = (2 * T) / d, où T est le couple (environ 50 Nm pour 1 kW à 1500 tr/min), d le diamètre primitif.
• Vérification en fatigue : Utilisant la norme ISO 6336, la contrainte de Hertz est inférieure à 1200 MPa pour une durée de vie de 10^6 cycles.

 

 Transmission par roues dentées : engrenages

 

Calcul des Arbres de Transmission

Les arbres supportent les charges radiales et axiales des pales.

• Diamètre d'arbre : Calculé via la formule d = (16 * T / (π * τ))^(1/3), avec τ = 50 MPa (acier C45).
• Pour un couple de 50 Nm, d ≈ 25 mm.
• Vérification en flexion : Moment fléchissant M = F * L (F=500 N, L=0.3 m), σ < 200 MPa.

Nous avons simulé sous SolidWorks pour valider, évitant les surdimensionnements courants dans les designs génériques.

Calcul des Poulies-Courroies (n = 4 Courroies)

La transmission utilise 4 courroies V pour une puissance de 1.5 kW.

• Diamètre poulie motrice D1 = 100 mm, réceptrice D2 = 200 mm (rapport 1:2).
• Longueur courroie L = 2C + π(D1 + D2)/2 + (D2 - D1)^2 / (4C), avec C=500 mm (entraxe).
• Tension par courroie T = P / (n * v * μ), où v= vitesse linéaire (5 m/s), μ=0.3 (coefficient de friction).
• Puissance transmise : 1.5 kW sans glissement, avec facteur de service 1.2 pour charges abrasives.

  

 Vidéo: Corrigé du TD sur le malaxeur, par Guillaume Fraysse

 

Plans et Pièces Téléchargeables

Voici les fichiers issus du PFE :

• Téléchargez les pièces en SolidWorks + Plan PDF : Pièces SolidWorks Malaxeur – Modèles 3D modifiables pour personnalisation (bol, pales, arbres, etc.).

Ces ressources permettent une reproduction facile.

Conclusion : Avantages et Perspectives

Cette étude et conception d'un malaxeur de béton démontre comment une approche structurée (FAST, calculs précis) mène à un design optimisé avec transmission poulie-courroie. Cet article offre plus de profondeur technique, des justifications claires et des outils pratiques. Pour vos projets, priorisez l'efficacité : un bon malaxeur réduit les coûts de 15-20% sur le long terme.

Si vous avez des questions sur la "conception malaxeur" ou des suggestions, commentez ci-dessous ! Partagez cet article pour aider d'autres ingénieurs.

 

 FAQ

1. Qu’est-ce qu’un malaxeur de béton et à quoi sert-il ?

Un malaxeur de béton est une machine conçue pour mélanger de manière homogène les composants
du béton comme le ciment, le sable, le gravier et l’eau. Il est essentiel dans les centrales à béton ou les
laboratoires pour assurer une qualité constante du mélange, contrairement au malaxage manuel qui est
moins efficace et plus fatigant.

2. Pourquoi choisir une transmission par poulie-courroie plutôt qu’une chaîne ou un moto-réducteur ?

La transmission par poulie-courroie est préférée pour sa capacité à absorber les chocs et vibrations,
son faible bruit, sa maintenance réduite et sa résistance à l’abrasion du béton. Contrairement à la
chaîne qui nécessite une lubrification fréquente et risque de rompre, ou au moto-réducteur qui est plus
rigide et coûteux, elle offre une flexibilité et une durabilité optimales, surtout avec 4 courroies pour une
redondance.

3. Quelle est la différence entre un malaxeur planétaire et d’autres types ?

Le malaxeur planétaire (ou à train planétaire) utilise un mouvement orbital des pales pour un mélange
plus uniforme et rapide, idéal pour les bétons à hautes performances. Contrairement aux malaxeurs à
cuve annulaire ou twin-shaft, il minimise les zones mortes et réduit les temps de malaxage, ce qui est
particulièrement adapté aux applications industrielles ou de laboratoire.

4. Combien de temps faut-il pour malaxer du béton dans un malaxeur ?

Généralement, il faut 3 à 5 minutes pour obtenir un mélange homogène dans un malaxeur portable
ou planétaire. Ce temps varie en fonction de la capacité (par exemple, 5-10 kg), de la vitesse de rotation
(50-100 tr/min) et des additifs utilisés, mais il ne doit pas dépasser 120 minutes au total pour éviter la
prise prématurée du béton.

5. Comment entretenir un malaxeur de béton pour prolonger sa durée de vie ?

Nettoyez le bol et les pales après chaque utilisation pour éviter l’accumulation de résidus. Vérifiez
régulièrement les courroies, engrenages et arbres pour usure, ajustez la tension des courroies et lubrifiez
les parties mobiles si nécessaire. Une inspection systématique prévient les pannes, comme recommandé
pour les camions-malaxeurs ou équipements industriels.

6 Où puis-je trouver plus d’informations sur les normes de conception des malaxeurs ?

Consultez des normes comme ISO 6336 pour les engrenages ou les rapports IFSTTAR sur le malaxage
des bétons à hautes performances. Pour des projets personnalisés, des outils comme SolidWorks aident
à la simulation.