Conception et sélection des mécanismes de levage et des ensembles de roues des ponts roulants : analyse complète des matériaux utilisés pour les ensembles de tambours, les palaneries et les roues

Le mécanisme de levage (Hoisting Mechanism) est le système d'exécution central qui permet à la grue d'assurer sa fonction de levage ; il se compose d'un ensemble de tambours, d'un ensemble de poulies, d'un réducteur et d'un frein. L'ensemble de roues constitue quant à lui la base porteuse qui permet à la grue de se déplacer. Le présent article, en s’appuyant sur la norme GB/T 3811-2024, analyse de manière systématique le calcul du diamètre des tambours et la vérification de l’épaisseur de leurs parois, le choix des poulies et les normes relatives à leur usure, ainsi que les matériaux des roues et les procédés de traitement thermique, et fournit des paramètres de conception et des données techniques complets.

I. Conception du groupe d'enrouleurs

Le tambour (Drum) est l'élément rotatif central du mécanisme de levage qui enroule le câble métallique et transmet la force motrice. Le diamètre du tambour est calculé selon la formule D ≥ (h₁ × h₂) × d de la norme GB/T 3811-2024, où h₁ est un coefficient lié à la classe de service (16 pour A5, 20 pour A7), h₂ est un coefficient lié à la structure du câble métallique (1,0 pour les câbles à torons entrecroisés), et d est le diamètre du câble métallique. Plus le diamètre du tambour est grand, plus la contrainte de flexion du câble métallique est faible et plus sa durée de vie est longue, mais les dimensions et le poids du tambour augmentent également en conséquence. En pratique, on choisit généralement la plus petite valeur possible tout en respectant les coefficients requis, afin de réduire le poids propre du pont roulant.

Vous trouverez ci-dessous un tableau de sélection rapide des tambours en fonction du diamètre des câbles métalliques, avec les épaisseurs de paroi recommandées :

La vérification de la résistance du tambour s'appuie principalement sur la contrainte de pression sur la paroi comme indicateur de contrôle. Prenons l'exemple d'un pont roulant de 50 t (câble métallique de ∅28 mm, tambour de ∅560 mm, épaisseur de paroi de 20 mm, matériau ZG270-500, tension maximale de 130 kN), la contrainte de compression sur la paroi est d’environ 92,5 MPa, la contrainte admissible est de 125 MPa (coefficient de sécurité de 4), ce qui correspond à une marge de sécurité de 261 TP3T. Les paramètres des gorges de câble sont conformes à la norme GB/T 3811 : rayon de fond de gorge R = (0,53 à 0,56) × d, profondeur de gorge h ≥ 0,35 × d, pas s = d + (2 à 4) mm.

II. Conception des poulies

Le diamètre de la poulie D_sheave doit être ≥ (h₃ × h₂) × d, où le coefficient h₃ est de : 16 pour les classes A3 à A4, 18 pour la classe A5, 20 pour la classe A6 et 22,4 pour les classes A7 à A8. Exemples de sélection rapide : corde de ∅14 mm avec poulie de ∅280 mm (classe A5), corde de ∅28 mm avec poulie de ∅560 mm, corde de ∅32 mm avec poulie de ∅630 mm.

Matériaux recommandés pour les poulies : pour les classes A5 et inférieures, optez pour la fonte HT200 (coût réduit) ; pour les classes A6 et supérieures, optez pour l'acier moulé ZG270-500 (haute résistance, résistance aux chocs) ; pour les ponts roulants à grande vitesse, vous pouvez choisir des poulies en acier laminé (légères). Pour les roulements des poulies, il est recommandé d’utiliser des roulements à rouleaux autocompensateurs, dotés d’une fonction d’autocompensation permettant de résister aux charges excentrées. Ils doivent être graissés une fois par mois et ont une durée de vie de 5 000 à 10 000 heures. Normes d'usure des gorges des poulies : les poulies doivent être remplacées si l'usure du rayon de la base de la gorge dépasse 20% par rapport à la dimension d'origine ou si l'usure de l'épaisseur de la paroi de la gorge dépasse 20% ; un faux-rond radial de la gorge supérieur à 1 mm peut être corrigé par tournage.

III. Conception et matériaux des ensembles de roues

Un ensemble de roues de pont roulant se compose d'une roue, d'un boîtier de roulement angulaire et d'un essieu. Le choix du matériau des roues a une incidence directe sur la capacité de charge et la durée de vie ; le traitement thermique est essentiel pour garantir la résistance à l'usure des roues.

La bande de roulement des roues est soumise à une trempe superficielle à moyenne fréquence afin d’atteindre une dureté comprise entre HB 350 et 450, avec une profondeur de couche durcie de 10 à 20 mm, ce qui lui permet de résister aux contraintes de contact entre la roue et le rail. La dureté du boudin, comprise entre HB 300 et 380, est légèrement inférieure à celle de la bande de roulement afin de réduire le risque de propagation des fissures en cas d’usure. La surface des dents des engrenages est traitée par cémentation et trempe afin d’atteindre une dureté élevée comprise entre HRC 50 et 58, tandis que le cœur est trempé et revenu à une dureté comprise entre HB 250 et 300 afin de préserver la ténacité. Pour la détection de l’usure des roues, il est possible de s’appuyer sur l’expérience acquise dans le cadre de la technologie de détection en ligne des câbles métalliques des ponts roulants (pour plus de détails, voirTechniques de contrôle des câbles métalliques des ponts roulants）。

IV. Configuration des freins du mécanisme de levage

Le freinage de sécurité du mécanisme de levage est une exigence obligatoire de la norme GB/T 3811-2024. Le mécanisme de levage doit être équipé de deux freins indépendants : l’un sur l’arbre à grande vitesse (côté moteur), l’autre sur l’arbre à faible vitesse (côté tambour). Le frein de l'arbre à grande vitesse est utilisé pour le freinage en fonctionnement normal, tandis que le frein de sécurité de l'arbre à faible vitesse sert de deuxième ligne de défense pour le freinage d'urgence et la prévention de la chute de la charge. Pour les mécanismes de levage de classe A6 et supérieure, il est recommandé d'utiliser des freins à vérin hydraulique, dont le couple de freinage est conçu pour être égal à 1,5 fois la charge nominale.

Les contrôles et l'entretien périodiques des freins peuvent être surveillés en temps réel grâce à la plateforme numérique de télésurveillance des ponts roulants (pour plus de détails, voirSolution de surveillance numérique à distance des ponts roulants), en assurant une maintenance prédictive grâce au suivi de paramètres tels que le nombre de cycles de freinage, la durée de freinage et l'élévation de température lors du freinage.

V. Solution de pièces détachées pour machines industrielles Krud

Les composants mécaniques pour ponts roulants de Krude Heavy Industry comprennent des ensembles de tambours (tambours soudés HT200/ZG270-500/Q345B), des jeux de poulies (HT200/ZG270-500/poulies en acier laminé) , des ensembles de roues (ZG50Mn2/ZG50MnMo à trempe superficielle), des réducteurs, des accouplements et des freins. Tous les composants sont conformes aux normes GB/T 3811-2024 et GB/T 10051 ; des rapports complets de calculs de vérification de résistance et la documentation relative aux procédés de traitement thermique sont fournis. Krud Heavy Industry propose des services gratuits de conseil technique et d’aide à la sélection des composants.

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