Limiteur de surcharge vs limiteur de moment : étalonnage
? Le limiteur de surcharge mesure le poids d'une charge unique et est utilisé pour les ponts roulants, les portiques et les palans à voie fixe. Le seuil est fixé à 110 % pour l'alerte et à 125 % pour la coupure forcée (référence : ISO 4306 — Pont roulant d'usage général). Le limiteur de moment de charge mesure le produit réel charge × portée en temps réel et est spécifiquement dédié aux grues à flèche, grues à tour et grues mobiles à portée variable. Il arrête dynamiquement l'opération en fonction de la courbe de moment de charge (référence : ISO 10245-5:2005).
Parmi les dispositifs de protection de sécurité des appareils de levage, le limiteur de surcharge et le limiteur de moment de charge sont les deux équipements les plus souvent confondus. Bien qu'ils relèvent tous deux de la protection contre les surcharges, ils diffèrent fondamentalement par leur principe de fonctionnement, les types de grues concernés, leur emplacement d'installation et les normes de vérification. Cet article compare en détail, d'un point de vue pratique, les différences techniques entre ces deux types de limiteurs, afin de faciliter leur sélection lors de la conception et leur utilisation correcte lors de la maintenance courante.
Définition et principe de fonctionnement
Le limiteur de surcharge est un dispositif de sécurité qui mesure le poids réel de la charge de levage, le compare à une valeur nominale prédéfinie et coupe automatiquement l'alimentation du mécanisme de levage ou déclenche une alarme. Son principe repose sur un capteur de force (ou capteur type axe) installé à l'extrémité de l'axe de la poulie fixe ou sur la traverse de crochet, qui convertit la force de la charge en un signal analogique 4~20 mA. Ce signal est ensuite comparé par le contrôleur au seuil défini : lorsque la charge atteint 110 % de la valeur nominale, une alarme sonore et visuelle est émise et le circuit de levage est coupé (le circuit de descente reste opérationnel) ; à 125 %, le contacteur du moteur de levage est forcé à s'ouvrir, provoquant un arrêt dur. La logique centrale du limiteur de surcharge est une comparaison à variable unique : il ne vérifie que si la masse absolue de la charge suspendue dépasse la capacité nominale.
Le limiteur de moment de charge (LML) est un dispositif de protection de sécurité spécialement conçu pour les grues à flèche. Contrairement au limiteur de surcharge, le LML acquiert simultanément deux variables — la charge de levage et la portée de la flèche — et calcule en temps réel le moment de charge réel (charge × portée), qu'il compare ensuite à la courbe de moment de charge nominale pour cette portée. Lorsque le moment réel atteint 90 % à 100 % du moment nominal, une alarme est émise ; au-delà de 100 %, les mouvements dans les directions dangereuses sont automatiquement arrêtés (augmentation de portée et levage interdits, diminution de portée et descente autorisées). Sa logique centrale est une comparaison dynamique avec la courbe de moment : pour une même charge, le résultat de sécurité peut être totalement différent selon la portée.
Types de grues concernés
Le limiteur de surcharge convient aux grues dont la hauteur de levage est essentiellement fixe et dont le point d'application de la charge ne varie pas. Les applications typiques incluent : les ponts monopoutre électriques de type LD/LX, les ponts bipoutre à palan électrique de type LH, les ponts roulants d'usage général de type QD, les portiques de type MH/MG, et les palans électriques à câble de type CD1/MD1. Conformément au règlement TSG 51 — Règlement technique de sécurité des équipements spéciaux, tout pont roulant et portique d'une capacité nominale ≥ 3 t doit être équipé d'un limiteur de surcharge.
Le limiteur de moment de charge est exclusivement destiné aux grues à flèche dont la portée est variable. Les applications typiques incluent : les grues sur porteur, les grues sur chenilles, les grues sur pneus, les grues à tour, les grues à portique, les grues ferroviaires et les grues de chargement. Conformément à la norme ISO 4306 relative aux dispositifs de protection contre les surcharges des appareils de levage, toute grue à flèche d'une capacité nominale ≥ 3 t doit être équipée d'un limiteur de moment de charge. Ces deux types de limiteurs ne sont pas interchangeables dans leurs domaines d'application respectifs : installer un limiteur de surcharge sur une grue à flèche est tout aussi dangereux car il ne perçoit pas la portée ; installer un limiteur de moment de charge sur un pont roulant ne présente pas de risque de sécurité mais entraîne un surcoût inutile et une complexité de réglage accrue.
Configuration des capteurs et emplacements d'installation
Limiteur de surcharge — un seul capteur de force ou capteur type axe est généralement suffisant. Trois emplacements d'installation sont possibles : ① à l'extrémité de l'axe de la poulie fixe — des jauges de contrainte sont intégrées dans l'axe de la poulie autour de laquelle passe le câble métallique, mesurant la composante verticale de la tension du câble ; convient aux ponts roulants de taille moyenne de 5 à 32 t ; ② sur la traverse de crochet — un capteur de force est monté sur la traverse de crochet pour mesurer directement la masse totale de la charge ; convient aux ponts roulants de type QD de grande capacité (≥ 50 t) ; ③ sur l'arbre de sortie du moteur — le couple de sortie du moteur est mesuré pour en déduire la charge, sans modification de la structure mécanique ; convient à la rénovation d'équipements existants, mais la précision est affectée par les variations de rendement du moteur (+/- 5 % de la pleine échelle).
Limiteur de moment de charge — au moins 2 à 3 capteurs doivent travailler en synergie : un capteur de pesage (pour mesurer la masse réelle de la charge), un capteur d'angle (pour mesurer l'angle d'élévation de la flèche) et éventuellement un capteur de déplacement (pour mesurer la longueur de la flèche télescopique). Le capteur de pesage est généralement installé sur l'axe de pivotement à la base de la flèche ou sur la prise de pression du vérin de relevage ; le capteur d'angle est monté au point d'articulation de rotation de la flèche. Le contrôleur de fusion de données calcule en temps réel le moment admissible pour la portée courante à l'aide de la courbe de charge. La configuration redondante à double canal (capteurs A + B calculant simultanément, avec alarme si l'écart des résultats dépasse 15 %) est devenue la norme industrielle pour les limiteurs de moment de charge des grues à flèche.
| Critère de comparaison | Limiteur de Surcharge | limiteur de moment de charge(LML) |
|---|---|---|
| MesureParamètre | SimpleChargemasse | ChargexAmplitude(CompositeCouple) |
| CapteurQuantité | 1Unité(Traction/À axe) | 2~3Unité(Pesage+angle+Déplacement) |
| Logique de commande | Charge>=110%Pré-alarme,>=125%Coupure | Couple>=100%Valeur de courbe, arrêt du mouvement dangereux |
| Types de machines applicables | Pont/Portique/Palans Électriques | À flèche/À tour/Mobile/Portique |
| Position de montage | Fixeaxe de poulie/traverse de crochet/arbre de moteur | Pied de flèche+RotationPoint d+vérin de relevage |
| Signal de sortie | 4~20mAAnalogique+RelaisNormalement fermé | Bus CAN+MultivoiesRelaisSortie par paliers |
| Période de vérification | Tous les6mois(règlement TSG 51 — Règlement technique de sécurité des équipements spéciaux-2023) | Tous les12mois(GB/T 12602-2020) |
| PrécisionExigence | +/-3% FS | +/-5% FM(PleinePlage de MesureCouple) |
Stratégie de seuils et d'alarmes du limiteur
La stratégie d'alarme du limiteur de surcharge est organisée en trois niveaux distincts. Le niveau de pré-alarme est déclenché à 90 % de la charge nominale, activant un voyant jaune pour attirer l'attention de l'opérateur sans interrompre l'alimentation. Le niveau d'alarme est activé à 100 % de la charge nominale, déclenchant une alarme sonore et visuelle tout en permettant l'achèvement de l'opération en cours. Le niveau de coupure forcée intervient à 110 % de la charge nominale, coupant le circuit du contacteur de levage avec auto-maintien, et nécessitant l'appui sur un bouton de réarmement dédié pour lever le verrouillage. Par ailleurs, le limiteur de surcharge doit intégrer une fonction d'autotest : à la mise sous tension, il émet automatiquement un signal d'impulsion d'autocontrôle simulant un état de surcharge afin de vérifier le bon fonctionnement des relais.
La stratégie d'alarme du limiteur de moment de charge est plus multidimensionnelle. Dans le plan bidimensionnel charge-portée, le limiteur de moment définit trois zones : la zone de sécurité verte (moment réel < 90 % du moment nominal), la zone d'avertissement jaune (90 % à 100 %) et la zone de danger rouge (> 100 %). Lorsque l'opérateur déplace la flèche dans une direction dangereuse (augmentation de la portée ou levage) et que le système entre en zone rouge, le mouvement dans cette direction est automatiquement verrouillé, tout en autorisant le mouvement inverse (réduction de la portée ou descente) pour garantir la sécurité de la charge au sol. Pour les grues sur porteur, le limiteur de moment doit également distinguer les courbes de moment nominal propres aux trois zones de travail : avant, latérale et arrière.
| Condition de déclenchement | Limiteur de Surcharge Réponse | limiteur de moment de charge(LML) Réponse |
|---|---|---|
| 90%charge nominale | Avertissement par voyant jaune | Zone d(Alerte légère) |
| 100%charge nominale | Alarme Sonore et Visuelle,Mouvement autorisé | Zone d(Alerte forte),Interdiction d/Levage |
| 110%charge nominale | Coupure forcéeLevageCircuit et auto-maintien | Zone de danger rouge,Verrouillage du sens dangereux,Diminution seule autorisée/Descente |
| Mode de réinitialisation | Bouton de réinitialisation dédié(Physique ouÉcran Tactile) | Réinitialisation automatique(Déverrouillage automatique après retour en zone sûre) |
| Auto-testFréquence | Auto-test à chaque mise sous tension + Déclenchement manuel mensuel | Tous les4Auto-test horaire + Vérification manuelle avant chaque poste |
5. Procédure d'étalonnage et de mise en service
Procédure d'étalonnage du limiteur de surcharge — Étape 1 : installer des poids étalons ou un dispositif de charge hydraulique, puis charger à 50 % de la charge nominale pour calibrer le décalage du zéro du capteur. Étape 2 : charger à 100 % de la charge nominale et ajuster le gain du contrôleur pour aligner la lecture sur la valeur de référence (écart admissible de +/- 3 %). Étape 3 : charger successivement à 110 % et 125 % pour vérifier les fonctions d'alarme et de coupure. Étape 4 : décharger à vide pour revenir à zéro et vérifier l'erreur de retour à zéro (dérive du zéro ≤ 1 % de la pleine échelle). Le rapport d'étalonnage doit mentionner la date, le numéro des poids étalons, les valeurs mesurées à chaque point de contrôle et la signature de l'opérateur ; il doit être conservé au moins un cycle d'inspection (6 mois).
Procédure d'étalonnage du limiteur de moment de charge — Cette procédure est plus complexe et doit être réalisée à trois portées différentes (portée minimale, portée intermédiaire, portée maximale). À chaque portée, charger successivement à 50 %, 75 %, 100 % et 110 % du moment nominal correspondant, puis vérifier la précision de déclenchement du limiteur de moment pour une même charge à différentes portées. L'ensemble de la procédure d'étalonnage dure environ 2 à 3 heures et doit être exécutée par un organisme d'inspection spécialisé agréé, qui appose son cachet sur le rapport d'inspection. Kelude équipe toutes ses grues sortant d'usine d'un limiteur de surcharge étalonné en usine et fournit le rapport d'étalonnage ainsi que le manuel d'utilisation avec l'équipement.
6. Erreurs fréquentes d'installation et de mise en service
Erreur n° 1 : acheminer le fil de signal du capteur dans le même conduit que le câble d'alimentation — Les signaux des capteurs de pesage du limiteur de surcharge et du limiteur de moment sont des signaux faibles de l'ordre du millivolt (généralement 2 mV/V d'excitation). Lorsqu'ils sont acheminés dans le même conduit que les câbles d'alimentation PWM du variateur de fréquence, le couplage électromagnétique induit sur le câble de signal un bruit plusieurs fois supérieur au signal utile, provoquant des fausses alarmes ou des lectures instables du contrôleur. La solution correcte consiste à acheminer le câble de signal du capteur dans un tube en acier dédié, mis à la terre à une extrémité. Kelude applique strictement cette règle de séparation entre câbles de signal et lignes d'alimentation lors de l'installation en usine et propose un service d'assistance à l'installation sur site.
Erreur n° 2 : négliger la vérification à vide lors de l'étalonnage — De nombreuses mises en service sur site ne vérifient que le point de pleine échelle en ignorant le point zéro. Lorsque la dérive du zéro du capteur dépasse 1 % de la pleine échelle, la linéarité sur toute la plage de mesure est déjà affectée. Chaque étalonnage doit commencer à charge nulle, enregistrer la lecture du zéro, puis charger progressivement.
Erreur n° 3 : ne vérifier le limiteur de moment qu'à portée minimale de la flèche — Le moment nominal est maximal à portée minimale de la flèche. Cependant, si le capteur d'angle présente une dérive du zéro à grande portée, le déclenchement du limiteur de moment à portée maximale peut être prématuré ou retardé, rendant la protection inefficace. Il est impératif de vérifier les trois points de portée sur toute la plage.
Questions fréquentes
Q : Un pont roulant peut-il être équipé d'un limiteur de moment à la place d'un limiteur de surcharge ?
A : Techniquement possible mais inutile. La portée de levage d'un pont roulant étant fixe, le capteur d'angle du limiteur de moment devient un élément redondant qui ajoute des points de défaillance et des coûts de maintenance. Le règlement TSG 51-2023 impose explicitement l'installation d'un limiteur de surcharge sur les ponts roulants, et non d'un limiteur de moment. Il est recommandé de suivre la norme. Si l'installation ultérieure d'un mécanisme de relevage de la flèche est envisagée, une interface pour le limiteur de moment peut être prévue.
Q : Quelle est la différence entre les seuils de coupure à 110 % et 125 % du limiteur de surcharge ?
A : Le seuil de 110 % correspond au premier point de coupure : il interrompt uniquement le circuit de levage, tandis que le circuit de descente reste opérationnel, permettant à l'opérateur de déposer la charge en toute sécurité avant de rechercher la cause. Le seuil de 125 % est le point de coupure forcée : il coupe directement le circuit de la bobine du contacteur de levage et se verrouille ; seul un bouton de réinitialisation dédié permet de le déverrouiller. Cette protection à deux niveaux est conçue conformément à la norme ISO 4306 et garantit un arrêt ferme en cas de surcharge extrême.
Q : Pourquoi le limiteur de moment doit-il distinguer les zones de travail avant et latérales ?
A : Pour une grue sur porteur, les zones avant et latérales présentent des moments de renversement différents en raison de l'écartement des stabilisateurs. L'écartement latéral est généralement inférieur à l'écartement avant, ce qui réduit la résistance au renversement : à longueur de flèche et portée égales, le moment nominal latéral ne représente que 70 à 80 % du moment nominal avant. Le limiteur de moment identifie le quadrant de travail actif grâce au codeur de rotation et bascule automatiquement sur la courbe de moment nominal correspondante, évitant ainsi toute erreur de jugement lors des opérations latérales.
Q : Une grue existante en service ne dispose pas de limiteur de surcharge. Comment l'équiper ?
A : Pour les équipements anciens en exploitation, nous recommandons la solution par capteur de couple sur l'arbre de sortie du moteur. Cette approche ne nécessite aucune rénovation structurelle, ne modifie pas le chemin de transmission des efforts du mécanisme de levage, et l'intervention s'effectue en 1 à 2 jours ouvrés. Le capteur est installé sur l'accouplement entre le moteur et le réducteur, avec une précision de +/-5%FS, conformément aux exigences du règlement TSG 51-2023. Après installation, une première vérification par un organisme agréé est obligatoire, avec émission d'un rapport de contrôle.
Kelude Industries Lourdes propose une gamme complète de dispositifs de protection de sécurité pour ponts roulants, portiques et grues à flèche : limiteurs de surcharge, limiteurs de moment de charge, limiteurs de hauteur, interrupteurs de position et systèmes de verrouillage de sécurité PLC. Installation et rénovation sur site. Hotline de consultation : 400-086-9590.
