Comment fabriquer une machine à granulés de bois

Construire un bâtiment fonctionnel machine à granulés de bois nécessite la création d'un environnement à haute pression dans lequel la biomasse en vrac est forcée à travers une matrice métallique pour former des cylindres de combustible denses. Le processus repose entièrement sur la friction et la pression pour chauffer la lignine naturellement présente dans le bois à environ 80 °C à 100 °C. À cette température, la lignine crée une colle naturelle qui lie la sciure de bois sans adhésifs externes. Pour y parvenir à domicile ou dans un environnement industriel, vous devez construire un système de transmission capable de fournir un couple élevé à basse vitesse, associé à un ensemble de filière et de rouleau en acier allié trempé. Le facteur crucial n'est pas seulement la puissance du moteur, mais aussi le taux de compression de la filière, qui doit correspondre à la densité spécifique de votre matière première. Si le taux de compression est incorrect, la machine produira de la poussière en vrac ou brûlera le bois au lieu de former des granulés.

Comprendre l'anatomie technique d'un broyeur à granulés

Avant de couper du métal ou de souder des cadres, vous devez comprendre l'interaction entre le système d'entraînement et la chambre de granulation. Une machine à granuler n'est pas simplement un broyeur. C'est une unité de densification.

Le système de transmission

Le cœur de la machine est la transmission. Il n'est pas possible de connecter un moteur directement à l'arbre de granulation, car la vitesse est trop élevée et le couple trop faible.

Pour un broyeur à matrice plate, vous avez besoin d'une boîte de vitesses ou d'un réducteur. Un moteur standard de 1450 tr/min doit être réduit à une vitesse d'arbre d'environ 100 à 200 tr/min. Cette réduction multiplie le couple. Un couple élevé est indispensable pour forcer les rouleaux à passer sur la matière première et la pousser à travers les trous de la matrice. De nombreux bricoleurs utilisent le différentiel arrière d'un camion ou d'une voiture mis au rebut. Celui-ci fait office de boîte de vitesses robuste à 90 degrés capable de supporter des contraintes importantes.

La chambre de granulation

Cette zone contient la matrice (une plaque métallique plate percée de trous) et les rouleaux. Les rouleaux sont placés au-dessus de la matrice. Lorsque l'arbre central tourne, les rouleaux tournent autour de la face de la matrice. La friction entre le rouleau et la matrice capture la matière première. La géométrie est ici essentielle. L'écart entre le rouleau et la matrice doit être réglable, généralement compris entre 0,1 mm et 0,3 mm. Un écart supérieur à cette valeur empêche l'accumulation de pression. Un écart inférieur à cette valeur provoque une usure métal contre métal.

Matières et métallurgie

Vous ne pouvez pas utiliser d'acier doux pour la matrice. La nature abrasive de la sciure de bois combinée à une chaleur élevée détruira l'acier doux en quelques heures.

Lanson utilise de l'acier allié 20CrMnTi ou 40Cr pour les matrices, qui sont ensuite traitées par traitement thermique sous vide. Pour une fabrication artisanale, vous devriez vous procurer de l'acier à haute teneur en carbone. Le perçage de milliers de trous nécessite une grande précision. Les trous doivent être fraisés du côté entrée afin de canaliser le matériau. L'intérieur du trou doit présenter une finition miroir afin de réduire la résistance.

L'importance cruciale du taux de compression (CR)

La plupart des machines à granulés artisanales échouent parce que leur constructeur ignore le taux de compression. Le taux de compression est le rapport entre la longueur effective du trou dans la matrice et le diamètre du trou.

Formule :

Si vous souhaitez fabriquer des granulés de 6 mm et que votre bois est tendre (comme le pin), vous aurez peut-être besoin d'un rapport de compression de 1:5. Cela signifie que l'épaisseur du trou doit être de 30 mm. Les bois durs comme le chêne nécessitent un rapport de compression plus élevé, souvent autour de 1:6 ou 1:7, afin de générer suffisamment de chaleur pour activer la lignine.

Calculer le ratio correct

Si la matrice est trop fine, le bois passe trop rapidement. Il ne chauffera pas. Il en résultera un tas de poussière.

Si le moule est trop épais, la résistance est trop élevée. Le bois brûlera à l'intérieur du trou et bloquera la machine. C'est ce qu'on appelle le “ colmatage ”.”

Les fabricants industriels tels que Lanson personnalisent le CR en fonction des matières premières spécifiques du client. Pour une fabrication artisanale, il faut généralement deviner ou essayer plusieurs matrices, ce qui est coûteux et prend beaucoup de temps.

Processus de construction étape par étape

Cette section décrit la fabrication d'un broyeur à matrice plate à partir de pièces facilement accessibles.

Étape 1 : Fabrication du cadre et de la base

La stabilité est primordiale. Les vibrations générées pendant la granulation sont intenses.

1. Utilisez de l'acier en C robuste pour le châssis de base.

2. Assurez-vous que les points de fixation du moteur et du réducteur sont parfaitement à niveau.

3. Tout désalignement à cet endroit entraînera la rupture de l'accouplement sous la charge.

4. Soudez complètement tous les joints. Les soudures par points se rompront pendant le fonctionnement.

Étape 2 : Modification du différentiel arrière

Si vous utilisez un différentiel de voiture :

1. Verrouillez les engrenages différentiels. Vous voulez que l'arbre d'entrée fasse tourner les essieux directement sans action différentielle.

2. Montez le différentiel verticalement. L'arbre d'entrée se connecte à votre moteur (via des poulies). Un axe pointe vers le haut pour entraîner l'ensemble de granulation. L'autre axe doit être coupé ou bouché.

3. Scellez le boîtier pour éviter les fuites d'huile dans cette orientation verticale.

Étape 3 : Fabrication de l'ensemble rouleau

La coque du rouleau doit être rainurée pour pouvoir saisir la biomasse. Des rouleaux lisses glisseraient sur la sciure.

1. La machine réalise des rainures ou des alvéoles à la surface du rouleau.

2. Installez des roulements à rouleaux coniques à usage intensif à l'intérieur des coquilles de rouleaux. Ces roulements supportent à la fois les charges radiales et axiales.

3. L'arbre qui soutient les rouleaux doit rester fixe (dans certains modèles) ou tourner (dans d'autres). Dans un modèle standard de matrice plate à monter soi-même, la matrice est généralement fixe tandis que les rouleaux tournent.

Étape 4 : La trémie et le couteau

1. Fabriquez une trémie en forme d'entonnoir à partir d'une feuille de métal. Elle doit acheminer le matériau directement au centre de la matrice.

2. Installez un “ trancheur ” ou un couteau sous la filière. Lorsque les granulés sont extrudés, ils pendent. Le couteau rotatif les coupe à la longueur souhaitée. Sans couteau, les granulés deviennent trop longs et se cassent de manière irrégulière.

Préparation des matières premières : la variable cachée

Vous pouvez construire une machine parfaite sur le plan mécanique, mais ne pas réussir à fabriquer des granulés. La chimie du bois est la variable.

Contrôle de la teneur en humidité

La biomasse doit contenir entre 12% et 15% d'humidité.

• Ci-dessous 10% : Le matériau est trop sec. Il crée une friction excessive et bloque la matrice.

• Au-dessus de 18% : Le matériau est trop humide. L'humidité se transforme en vapeur à l'intérieur du trou de la matrice. Cette vapeur se dilate et fait “ éclater ” la pastille lorsqu'elle sort de la matrice.

Cohérence de la taille des particules

La sciure qui entre dans la machine doit être plus petite que le diamètre du granulé que vous souhaitez obtenir. Si vous fabriquez des granulés de 6 mm, les particules de sciure doivent mesurer 5 mm ou moins. Les copeaux de grande taille perturbent la zone de compression. Vous avez besoin d'un broyeur à marteaux pour broyer le bois avant de le granuler.

Comparaison : construction DIY vs machines professionnelles Lanson

Il est essentiel de reconnaître la différence entre un projet de garage et un actif de production.

Tableau 1 : Normes industrielles DIY vs Lanson

Fonctionnalité	Matériel de bricolage / fait maison	Série professionnelle Lanson
Matériau de la matrice	Acier doux ou tôle de ferraille	Acier allié (20CrMnTi) + traitement thermique sous vide
Tolérances	+/- 1,0 mm (mesuré à la main)	+/- 0,02 mm (usiné CNC)
Durée de vie du moteur	En fonction des pièces utilisées	Moteurs Siemens/WEG de qualité industrielle
Lubrification	Pistolet à graisse manuel	Système automatique de circulation d'huile
Sortie	10 à 50 kg/heure (irrégulier)	500 kg – 20 tonnes/heure (en continu)
Sécurité	Minimal	Protection contre les surcharges et arrêts d'urgence

Lanson Les machines utilisent une conception à matrice annulaire verticale dans nos modèles avancés. Cela permet à la gravité d'alimenter le matériau de manière uniforme. Les machines de bricolage sont presque exclusivement de type à matrice plate, car les matrices annulaires sont impossibles à fabriquer sans un centre CNC à 5 axes.

Étude de cas : passer du bricolage à l'industrie

Profil du client : GreenEco Biomass Ltd.

Lieu : Oregon, États-Unis

Période : février 2023 – août 2023

Le défi :

Le fondateur de GreenEco a tenté d'augmenter la production en utilisant quatre broyeurs à granulés artisanaux. Ces unités ont été construites à partir de différentiels de camions et de châssis soudés. En février 2023, les coûts de maintenance étaient exorbitants. Les machines nécessitaient le remplacement des roulements toutes les 40 heures de fonctionnement. De plus, la densité des granulés variait considérablement. Les clients se plaignaient que les granulés s'effritaient pendant le transport.

La solution Lanson :

GreenEco a contacté Lanson en mars 2023. Nous avons analysé leur matière première, qui était un mélange de sciure de sapin de Douglas et de cèdre rouge. La forte teneur en résine du bois tendre exigeait un taux de compression spécifique que les matrices artisanales ne pouvaient pas maintenir.

Nous avons installé un seul broyeur à granulés à matrice annulaire Lanson L-508. Cet appareil a remplacé les quatre machines artisanales.

Les résultats (données d'août 2023) :

1. Sortie : Augmentation de 300 kg/h (bricolage combiné) à 1,5 tonne/h.

2. Énergie : La consommation d'électricité a diminué de 351 TP3T par tonne de granulés produits.

3. Travail : Réduction du nombre d'opérateurs à temps plein surveillant les machines, passant de deux à un seul superviseur à temps partiel.

4. Qualité : L'indice de durabilité des granulés (PDI) est passé de 88% à 97,5%.

Ce cas démontre que, même si comprendre comment fabriquer une machine à granulés de bois est instructif, la viabilité commerciale nécessite une précision industrielle.

Compatibilité des matériaux et proportions

Différents bois nécessitent différentes spécifications de matrices. Le tableau suivant fournit des données permettant de choisir la configuration appropriée.

Tableau 2 : Directives relatives à la compression de la biomasse

Matières premières	Dureté	Taux de compression recommandé	Notes
Pin / Épicéa	Doux	1:5 – 1:5,5	Une teneur élevée en lignine facilite la liaison.
Chêne / Hêtre	Dur	1:6 – 1:7	Nécessite une pression plus élevée pour adhérer.
Paille / Herbe	Très doux	1:8 – 1:9	Nécessite souvent l'ajout d'un liant (huile ou amidon).
Bambou	Très difficile	1:6.5	Extrêmement abrasif sur la matrice.

Dépannage des problèmes courants liés à la fabrication

Lorsque vous construisez votre propre machine, vous devenez le technicien de réparation. Voici les pannes les plus fréquentes et leurs solutions.

Tableau 3 : Guide de dépannage

Symptôme	Cause probable	Mesure corrective
Aucune pastille ne sort	La matrice est bouchée ou la nouvelle matrice n'est pas rodée.	Percez les trous. Polissez les trous avec un mélange d'huile, de sable et de sciure de bois.
Les granulés sont friables.	La teneur en humidité est trop faible ou la pression est insuffisante.	Ajoutez de l'eau au mélange. Vérifiez l'écart entre le rouleau et la filière.
Les granulés sont gonflés/fissurés.	La teneur en humidité est trop élevée.	Séchez la matière première. Réduisez l'humidité à moins de 15%.
La machine vibre violemment.	Les roulements sont usés ou l'assemblage est déséquilibré.	Équilibrez l'arbre principal. Vérifiez les soudures du châssis de base.
Le moteur cale	Charge trop élevée ou obstruction.	Réduisez la vitesse d'alimentation. Vérifiez si des débris métalliques ont pénétré dans la chambre.

Le rôle du traitement thermique dans la longévité des matrices

Le traitement thermique est un processus difficile à reproduire dans un garage domestique.

Lorsque Lanson fabrique une matrice, nous l'usinons alors que l'acier est encore “ tendre ”. Une fois les milliers de trous percés, la matrice est placée dans un four. Elle est chauffée à des températures extrêmes, puis trempée. Cela modifie la structure moléculaire de l'acier, le rendant incroyablement dur.

Une matrice DIY fabriquée à partir d'acier standard s'usera en quelques jours. Les trous deviendront ovales. Cette perte de géométrie détruit le taux de compression. La machine cessera de produire des granulés et commencera à produire de la poussière. Si vous construisez une machine, il est souvent plus judicieux d'acheter un ensemble de matrices et de rouleaux préfabriqués et traités thermiquement auprès d'un fournisseur plutôt que d'essayer d'en percer un vous-même.

Considérations relatives à la sécurité

Les machines à granulés sont dangereuses. Elles impliquent des poids lourds en rotation et un couple élevé.

• Goupilles de cisaillement : Intégrez une goupille de cisaillement dans votre ligne d'entraînement. Si un boulon ou une pierre tombe dans la matrice, la machine se bloquera. Sans goupille de cisaillement, le couple tordra votre arbre principal ou brûlera votre moteur. La goupille se brise pour sauver la machine.

• Chaleur : La tête de matrice atteint des températures supérieures à 90 °C. Ne la touchez pas pendant son fonctionnement.

• Poussière : La poussière de bois est explosive. Assurez-vous que votre espace de travail est suffisamment ventilé.

Conclusion et prochaines étapes

La construction d'une machine à granulés de bois est un défi technique complexe qui fait appel à la métallurgie, à la mécanique de transmission et à la thermodynamique. Si une approche DIY est possible pour les amateurs à petite échelle, les limites en matière de tolérance et de dureté des matériaux restreignent souvent le rendement et la longévité. Pour les entreprises qui cherchent à produire du combustible destiné à la vente ou au chauffage à grande échelle, le recours à des machines professionnelles garantit une qualité constante.

Lanson est spécialisée dans la valorisation des déchets issus de la biomasse. Nous comprenons les nuances des taux de compression et la durabilité des entraînements.

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Foire aux questions (FAQ)

1. Puis-je utiliser un moteur de machine à laver pour un broyeur à granulés ?

Non. Les moteurs des machines à laver ne disposent généralement pas du couple nécessaire à la granulation. Ils sont conçus pour fonctionner à haute vitesse et avec une faible résistance. Une granuleuse nécessite un moteur industriel à couple élevé, généralement triphasé, d'une puissance comprise entre 5 et 50 CV selon sa taille.

2. Dois-je ajouter de la colle ou des liants au bois ?

En général, non. Le bois contient de la lignine. Lorsqu'elle est comprimée et chauffée, la lignine devient fluide et agit comme une colle naturelle. Cependant, pour les matériaux à faible teneur en lignine (comme la paille ou le bois vieux et sec), l'ajout d'une petite quantité d'huile végétale ou d'amidon peut faciliter le processus.

3. Combien de temps dure un moule fait maison ?

Si elle est fabriquée en acier doux sans traitement thermique, une matrice peut durer entre 10 et 50 heures de fonctionnement. Une matrice professionnelle en acier allié traité thermiquement provenant de Lanson peut durer entre 800 et 2000 heures selon l'abrasivité de la matière première.

4. Pourquoi mes granulés s'effritent-ils ?

Il s'agit généralement d'un problème d'humidité. Si le bois est trop sec, il ne se liera pas. Si le taux de compression de votre matrice est trop faible pour l'essence de bois, la pression générée n'est pas suffisante pour activer la lignine.

5. Quel est le meilleur régime pour une machine à granulés à matrice plate ?

La vitesse de rotation de la matrice ou du rouleau doit généralement être comprise entre 100 et 300 tr/min. Des vitesses supérieures génèrent une force centrifuge et une chaleur excessives, qui peuvent brûler les granulés avant leur formation.

6. Puis-je granuler des copeaux de bois humides ?

Non. Vous devez d'abord sécher les copeaux de bois. Le taux d'humidité doit être inférieur à 15%. Le bois humide créera une pression de vapeur à l'intérieur de la matrice, provoquant l'explosion des granulés en matière friable à la sortie.

7. Combien coûte la construction d'une machine à granulés DIY ?

Si vous récupérez des pièces (ferraille, différentiel de voiture d'occasion, moteur d'occasion), vous pouvez en construire une pour $500 à $1000. Cependant, l'achat de nouveaux composants, en particulier la matrice et les rouleaux, fera grimper le coût au-delà de $2000, auquel cas l'achat d'une petite machine d'entrée de gamme devient plus viable.

8. Quelle est la différence entre une matrice plate et une matrice annulaire ?

Une machine à matrice plate presse le matériau verticalement à travers une plaque horizontale. Elle est plus simple et convient à une utilisation à petite échelle. Une machine à matrice annulaire fait tourner un anneau vertical et des rouleaux pressent le matériau vers l'extérieur. Les machines à matrice annulaire (comme Lanson Les modèles industriels sont plus économes en énergie et plus durables pour la production commerciale à grand volume.

9. Comment roder une nouvelle matrice ?

Une nouvelle matrice présente des rayures microscopiques à l'intérieur des trous. Vous devez faire passer un mélange d'huile, de sable fin et de sciure de bois dans la machine pendant 30 à 60 minutes. Cela permet de polir les trous. Si vous ignorez cette étape, la machine risque de se bloquer immédiatement.

10. Puis-je mélanger différents types de bois ?

Oui, mais vous devez faire attention. Le mélange de chêne dur et de pin tendre modifie la densité moyenne. Vous devez bien les mélanger avant le broyage au marteau afin de garantir un mélange homogène avant l'entrée dans le broyeur à granulés. Des mélanges hétérogènes entraînent des longueurs de granulés inégales et des surcharges du moteur.