DIN 15022 : rails de chariot de pont roulant - conception
Aperçu de la norme : La DIN 15022 « Appareils de levage — Principes de conception des dimensions des rails de chariot » définit la sélection des profils de rail, la tolérance d'écartement de voie ±3mm, le traitement des joints et les exigences de réception d'installation pour les rails de chariot des ponts roulants et des grues à portique. Cette norme s'utilise conjointement avec la DIN 15070 (appariement des roues de grue et des rails) pour garantir une translation du chariot stable et des contraintes de contact roue-rail dans les limites admissibles.
La précision dimensionnelle du rail du chariot d'un pont roulant influence directement la stabilité de la translation du chariot et la durée de vie des roues — un écart d'écartement de 5 mm peut provoquer un frottement continu du boudin de roue sur le rail (frottement du boudin de roue sur le rail), réduisant la durée de vie des roues de plus de 50 %. La DIN 15022 établit un cadre de conception complet couvrant quatre aspects : la sélection du profil de rail, la rectitude, les différences de niveau et le traitement des joints.
Sélection du profil de rail du chariot
Le rail du chariot utilise des barres d'acier spéciales pour grues (A55, A65, A75, A100, A120) ou des rails légers (15kg/m, 22kg/m). Le modèle de rail est sélectionné en fonction de la charge maximale par roue Pmax : Pmax≤50kNA55, ≤100kNA65, ≤160kNA75, ≤250kNA100, ≤400kNA120. La charge Pmax doit être calculée dans les conditions de service les plus défavorables (chariot en charge au centre de la portée au moment du levage) — le poids mort du chariot, la capacité de levage et le coefficient de charge dynamique φ₂ agissent alors conjointement sur les roues, générant la charge maximale par roue.
Tolérance d'écartement de voie et rectitude
La DIN 15022 définit la tolérance d'écartement de voie en fonction de la portée S : pour S≤15m, la tolérance est de ±3mm ; pour S＞15m, elle est de ±5mm. La mesure de l'écartement doit être effectuée sur la poutre principale sans charge (état de poids mort). La rectitude de la surface supérieure du rail sur toute sa longueur : rectitude latérale (direction horizontale) ≤L/1500, rectitude verticale ≤L/2000. Aux joints adjacents, la différence de niveau de la surface supérieure est ≤1mm et le désalignement latéral ≤1mm. Les joints de rail sont réalisés en biais à 45° plutôt qu'en aboutage droit — cette configuration permet à la roue de passer progressivement d'un rail à l'autre au lieu de subir un choc, réduisant la charge de choc au joint de plus de 70 %.
Fixation du rail et plaques de serrage
Le rail du chariot est fixé sur la semelle supérieure de la poutre principale au moyen de plaques de serrage. La DIN 15022 spécifie l'espacement des plaques de serrage : ≤700mm pour les rails QU70 à QU100 ; ≤600mm pour le rail QU120. Les boulons de plaque de serrage sont de classe 8.8 (résistance à la traction 800MPa, limite d'élasticité 0,8), avec un couple de précontrainte de M16=120N·m et M20=240N·m. La surface de contact entre la plaque de serrage et la base du rail doit être plane — toute irrégularité provoquant une concentration de contraintes locale peut entraîner une fissuration par fatigue du cordon de soudure du rail. Les boulons de plaque de serrage doivent être resserrés 30 jours après l'installation initiale pour compenser le relâchement initial, puis vérifiés semestriellement.
| Rail Modèle | largeur de section×hauteur(mm) | admissible Charge par galet(k N) | plaque de serrageentraxe(mm) | Tolérance d'écartement de voie ±3mm(mm) | portée applicable |
|---|---|---|---|---|---|
| A55 | 55×55 | ≤50 | 600 | ±3 | ≤15m |
| A75 | 75×75 | ≤160 | 700 | ±3/±5 | plage complète |
| A100 | 100×100 | ≤250 | 700 | ±5 | plage complète |
| A120 | 120×120 | ≤400 | 600 | ±5 | plage complète |
Questions fréquentes
Q : Faut-il souder les joints de rail ?
A : La norme DIN 15022 recommande un assemblage en biais à 45° avec soudage et meulage. Avant le soudage, le joint doit être préchauffé à 150~200 °C, avec une électrode bas hydrogène (E5016). Après soudage, un refroidissement lent et immédiat est requis, suivi d'un meulage à ras de la surface du rail (contrôle de dureté : dureté de la zone meulée ≥ 90 % de celle du métal de base). La durée de vie en fatigue d'un joint soudé est 2 à 3 fois supérieure à celle d'un raccord par éclisses boulonnées, ce qui en fait la solution privilégiée pour les rails de chariot soumis à des charges par galet alternées fréquentes. Les joints de dilatation (tous les 30 à 40 m sur les poutres principales de grande portée) doivent être réalisés par une barre omnibus en cuivre de type pont, et non par soudage, afin de permettre la libre dilatation thermique de la poutre principale et du rail.
Q : À quel niveau d'usure le rail doit-il être remplacé ?
A : Lorsque l'usure de la surface de roulement (réduction de la hauteur du rail) atteint 10 % de la hauteur d'origine, le remplacement doit être envisagé — à ce stade, le module de section du rail a déjà diminué d'environ 20 %, ce qui augmente d'autant la contrainte de flexion. Une usure latérale du rail (due au frottement du boudin de roue) atteignant 15 % de la largeur du champignon entraîne la mise au rebut — cette usure latérale augmente le jeu du boudin de roue et dégrade la stabilité de la translation du chariot. En cas d'indentations ou d'écaillage d'une profondeur ≥ 2 mm sur la surface de roulement, une réparation par rechargement suivie d'un meulage est possible (dureté après réparation ≥ HB260), avec une longueur maximale de 200 mm par zone réparée et une longueur totale des zones réparées ne dépassant pas 5 % de la longueur totale du rail.
Q : Faut-il installer une plaque d'appui sous le rail ?
A : La norme DIN 15022 stipule qu'une plaque d'appui en caoutchouc ou une plaque en acier doit être intercalée entre la base du rail et la semelle supérieure de la poutre principale — épaisseur de 3 à 6 mm. Cette plaque d'appui a pour fonction de répartir la contrainte de contact et d'absorber les vibrations haute fréquence générées par la translation du chariot, évitant ainsi le micro-mouvement et la corrosion de fretting entre la base du rail et la semelle. La plaque en caoutchouc doit être en NBR (caoutchouc nitrile résistant à l'huile), avec une dureté Shore A de 70 à 80. Les joints des plaques d'appui doivent être décalés d'au moins 200 mm par rapport aux joints du rail, afin d'éviter toute concentration de contraintes superposées.
Q : Que faire en cas de non-concordance entre l'écartement des rails et l'empattement du chariot ?
A : La distance intérieure entre les boudins de roue doit être supérieure de 8 à 12 mm à l'écartement des rails (largeur du champignon), afin de garantir un jeu latéral suffisant lors du passage des roues dans les sections courbes du rail. Un jeu insuffisant ( 15 mm) entraîne un balancement latéral important du chariot et une dégradation de la précision de positionnement. La solution la plus économique consiste à ajuster l'épaisseur des cales entre le palier de l'essieu de galet et le sommier — chaque variation de 1 mm de cale permet de régler le jeu du boudin d'environ 0,8 mm (effet de levier). Après le réglage, l'écartement doit être vérifié à l'aide d'une jauge à rail sur au moins 5 points sur toute la longueur du rail (aux deux extrémités + aux 1/4, 1/2 et 3/4 de la portée), et la réception ne peut être prononcée qu'après conformité de l'ensemble des mesures.
