Ponts roulants et portiques conformes à la norme GB/T 14407-2011
La norme FEM 1.001-2 relative aux mécanismes de levage des ponts roulants et portiques constitue la référence technique dédiée à cet équipement. Elle spécifie les paramètres de type, la configuration d'entraînement, le système de freinage, l'enroulement du câble métallique et le mouflage, et s'utilise conjointement avec les normes FEM 1.001 et ISO 4301.
La norme FEM 1.001-2, publiée et mise en application en 2011, est la spécification technique dédiée aux mécanismes de levage des ponts roulants et portiques à usage général. Le mécanisme de levage constitue l'organe de travail le plus critique de la grue : il assure directement la montée et la descente de la charge. La qualité de sa conception et sa fiabilité de fonctionnement conditionnent directement les performances de l'équipement et la sécurité des opérations. La norme s'applique à la conception, à la fabrication et à l'inspection des mécanismes de levage des ponts roulants et portiques électriques.
Configurations du mécanisme de levage et modes d'entraînement
La norme spécifie deux types de mécanismes de levage selon le mode d'entraînement : à entraînement simple et à double entraînement. La configuration à entraînement simple utilise un moteur unique qui actionne le tambour via un réducteur ; sa structure est simple et elle convient aux grues de capacité nominale ≤ 50 t. La configuration à double entraînement fait appel à deux moteurs et deux réducteurs agissant sur le même tambour (entraînement aux deux extrémités) ; elle est destinée aux grues de grande capacité (> 50 t) ainsi qu'aux ponts métallurgiques et de coulée soumis à des exigences de fiabilité élevées. En cas de défaillance d'un moteur ou d'un réducteur dans la configuration à double entraînement, l'autre ensemble permet de poursuivre le fonctionnement à charge réduite (environ 60 % de la charge nominale) pendant une durée limitée.
La configuration d'entraînement du mécanisme de levage doit satisfaire aux exigences suivantes : la puissance du moteur est calculée en fonction de la capacité de levage nominale, de la vitesse de levage et du rendement du mécanisme (rendement de transmission par engrenages : 0,92 à 0,95 ; rendement du tambour : 0,96 à 0,98), avec un coefficient de réserve de puissance de 1,2 à 1,4. La capacité portante du réducteur ne doit pas être inférieure à la classe AGMA 10 (flanc de denture trempé). La liaison entre le tambour et l'arbre de sortie du réducteur doit être réalisée par un accouplement à denture bombée ou un dispositif de serrage par expansion, tolérant certains écarts angulaires et radiaux. Le couple nominal de l'accouplement ne doit pas être inférieur à deux fois le couple nominal du moteur. Pour les classes de fonctionnement supérieures à A6, le mécanisme de levage doit être équipé d'un frein double (frein de service + frein de sécurité), les deux freins agissant indépendamment.
La variation de vitesse du mécanisme de levage constitue également un point clé de la norme. Pour les grues standard, un moteur à deux vitesses (8/2 pôles ou 6/4 pôles) permet de commuter entre deux régimes de vitesse, ce qui convient aux opérations de levage courantes. Lorsqu'un positionnement précis est requis, une variation de vitesse par fréquence variable s'impose, avec un rapport de variation d'au moins 10:1 et une vitesse de positionnement lente ne dépassant pas 1,5 m/min. Les ponts de coulée et les ponts métallurgiques doivent être équipés d'un variateur de fréquence, avec une précision de contrôle d'au moins ± 1 % de la vitesse nominale. Le système de variation de vitesse à fréquence variable doit également offrir une compensation de couple et un freinage par courant continu, permettant de maintenir le couple nominal à vitesse nulle afin d'éviter tout glissement de charge. Les mécanismes de levage Kelude sont équipés de série d'une variation de vitesse par fréquence variable et d'un frein double, répondant aux exigences de positionnement précis et de redondance de sécurité.
Enroulement du câble métallique et mouflage
La norme définit précisément les règles de conception du système d'enroulement du câble métallique. Nombre de couches d'enroulement sur le tambour : l'enroulement monocouche s'applique aux câbles métalliques de diamètre ≥ 16 mm ; l'enroulement multicouche est autorisé lorsque l'espace est restreint ou que la longueur du tambour est limitée, sans toutefois dépasser 4 couches (classes de fonctionnement A1 à A4) ou 3 couches (classes de fonctionnement supérieures à A5). Le rapport D/d entre le diamètre du tambour et le diamètre du câble métallique ne doit pas être inférieur à 20 (classes A1 à A6) ni à 25 (classes A7 à A8). Le rapport entre le diamètre de la poulie et le diamètre du câble métallique ne doit pas être inférieur à 18 (14 pour les poulies d'équilibrage). La fixation du câble métallique sur le tambour doit être réalisée par plaque de serrage ou par coin, avec une résistance de fixation d'au moins 80 % de la force de rupture du câble métallique.
Le choix du mouflage (nombre de brins du câble / nombre de brins sortant du tambour) influence directement la vitesse de levage et la tension du câble métallique. La norme recommande les mouflages usuels suivants : pour les capacités de levage de 5 à 10 t, un mouflage de 2 à 4 ; pour 16 à 50 t, un mouflage de 4 à 6 ; pour 75 à 100 t, un mouflage de 6 à 8. Plus le mouflage est élevé, plus la vitesse de levage est réduite, mais plus la tension individuelle du câble métallique diminue, ce qui permet de réduire les dimensions du tambour, des poulies et du câble. Le choix du mouflage doit respecter la condition selon laquelle le diamètre du câble métallique ne dépasse pas 1/20 du diamètre du tambour, tout en satisfaisant l'exigence de vitesse de levage et le coefficient de sécurité du câble métallique d'au moins 5.
L'angle de déviation du câble métallique (angle entre l'axe du câble et l'axe du tambour ou de la gorge de poulie) fait également l'objet de prescriptions explicites : l'angle de déviation à l'entrée ou à la sortie du tambour ne doit pas dépasser 3,5°, et l'angle maximal dans la gorge de poulie ne doit pas dépasser 4°. Un angle de déviation excessif peut provoquer le dégagement du câble hors de la gorge ou un frottement intense contre les parois de la gorge, accélérant ainsi l'usure du câble métallique. Lorsque le crochet est en position extrême, le nombre de spires de sécurité restant sur le tambour ne doit pas être inférieur à 3, les spires de fixation n'étant pas comptées. Ces spires de sécurité garantissent que, même en cas de défaillance du point de fixation du câble, la force de frottement peut encore supporter le poids de la charge et empêcher sa chute.
Exigences de configuration du système de freinage
Le système de freinage du mécanisme de levage constitue l'élément de sécurité le plus critique d'une grue. La norme spécifie que le couple de freinage du frein du mécanisme de levage ne doit pas être inférieur à 1,5 fois le couple de levage nominal (calculé sur la base de la vitesse nominale du moteur et du rapport de vitesse du réducteur). Le frein doit être installé sur l'arbre haute vitesse du réducteur (côté moteur) : cette configuration offre un temps de réponse rapide, un couple de freinage réduit et un frein plus compact. Le diamètre du tambour de frein est déterminé en fonction des dimensions de l'arbre de moteur et du couple de freinage requis. La surface de contact entre les mâchoires de frein et la roue de frein ne doit pas être inférieure à 80 % de la surface totale des mâchoires. Le jeu d'ouverture des mâchoires doit être uniforme, avec un écart maximal de 0,3 mm entre les deux côtés.
Pour les mécanismes de levage dont la Classe de Fonctionnement est supérieure à A6 ou dont la Capacité Nominale dépasse 50 t, la norme exige la configuration d'un Frein double : un frein de service (freinage en fonctionnement normal) et un Frein de Sécurité (freinage automatique en cas de coupure d'alimentation). Les deux freins doivent être installés et commandés indépendamment ; chacun doit pouvoir freiner de manière fiable la charge nominale lorsqu'il agit seul. La répartition du couple de freinage du Frein double est la suivante : le frein de service assure 80 % du couple de freinage, tandis que le Frein de Sécurité assure 100 % (c'est-à-dire qu'il peut freiner de manière autonome). Le temps de réponse du Frein de Sécurité ne doit pas dépasser 0,2 seconde, garantissant un serrage rapide du frein après une coupure d'alimentation. L'électroaimant ou le poussoir hydraulique du frein doit être équipé d'un dispositif de desserrage manuel, permettant d'abaisser lentement la charge en cas de panne de courant.
Tableau comparatif des paramètres du mécanisme de levage
Le tableau comparatif ci-dessous récapitule les paramètres de configuration essentiels des mécanismes de levage selon différentes Capacités de Levage, servant de référence pour la conception et la sélection ainsi que pour la Réception par l'utilisateur.
| Capacité de Levage | mouflage | Vitesse de Levage(m/min) | diamètre du tambourmm | diamètre du câble métalliquemm | Freinageconfiguration |
|---|---|---|---|---|---|
| 5~10t | 2~4 | 5~12 | 300~400 | 12~16 | monorail Freinage |
| 16~32t | 4~6 | 4~8 | 400~500 | 16~22 | monorail/Double Frein |
| 50~100t | 6~8 | 2~6 | 500~800 | 22~32 | Double Frein |
| >100t | 8~12 | 1~4 | 800~1200 | 32~42 | Double Frein |
Distance de glissement du frein et exigences d'essai
La norme définit des critères de réception précis concernant la distance de glissement du frein du mécanisme de levage. En condition de charge nominale, la descente de charge après serrage du frein ne doit pas dépasser 1/65 de la distance de levage parcourue en 1 minute (soit environ 0,46 mm/kN). Par exemple, pour une grue dont la Vitesse de Levage est de 8 m/min (0,133 m/s), la course théorique pendant le temps de réponse du frein est d'environ 0,133 × 0,25 = 33 mm (sur la base d'un Temps de réponse de 0,25 s). En ajoutant la distance de glissement résiduelle après le serrage du frein, la descente de charge totale est généralement maîtrisée entre 50 et 120 mm. Les causes possibles d'une descente de charge excessive incluent : un jeu de frein trop important, l'usure des mâchoires de frein, la fatigue du Ressort de frein ou la présence d'huile sur la surface de la roue de frein.
L'Essai de charge effectué avant livraison constitue une étape clé pour valider les performances du mécanisme de levage. La norme exige que les essais suivants soient réalisés unité par unité : Essai à Vide — chaque mécanisme fonctionne à la vitesse nominale pendant 30 minutes afin de vérifier la stabilité de fonctionnement et le niveau sonore ; l'échauffement de chaque Roulement ne doit pas dépasser 40 ℃. Essai de charge nominale (100% SWL) — lever la charge nominale et effectuer au moins 5 cycles de Levage et de Descente pour mesurer la distance de glissement du frein. Essai de Charge Dynamique — lever 1,1 fois la charge nominale, avec au moins 3 cycles de Levage et de Descente, en vérifiant l'absence de Déformation anormale et de Bruit anormal sur tous les Composants. Essai de Charge Statique — maintenir une charge de 1,25 fois la charge nominale en position statique pendant 10 minutes, en vérifiant la Flèche de la Poutre Principale, l'absence de fissures sur les Cordons de Soudure et l'absence de glissement du Frein. Le Certificat d'usine ne peut être délivré qu'après la Réception de l'ensemble de ces essais.
Questions fréquentes
Q : Que faire si la distance de glissement du frein du mécanisme de levage dépasse la valeur admissible ?
A : Vérifiez d'abord si le jeu du frein est excessif et réglez-le entre 0,5 et 1,0 mm. Remplacez les mâchoires de frein si leur usure dépasse la limite. Vérifiez ensuite la fatigue du Ressort de frein : remplacez-le si sa hauteur libre a diminué de plus de 5 %. Enfin, contrôlez la propreté de la surface de la roue de frein et nettoyez-la à l'alcool si nécessaire.
Q : Quelles sont les consignes de maintenance pour le Frein double ?
A : Les deux systèmes de freinage du Frein double doivent être entretenus et inspectés séparément. Un essai de freinage individuel doit être effectué chaque trimestre : coupez l'Alimentation Électrique d'un des freins et freinez uniquement avec l'autre. Le couple de freinage de chaque frein doit être mesuré et enregistré séparément.
Q : Un mouflage plus important est-il toujours préférable ?
A : Non. Un mouflage plus important réduit la tension du Câble Métallique mais diminue également la Vitesse de Levage. La sélection du mouflage doit garantir que le diamètre du câble métallique ne dépasse pas 1/20 du diamètre du tambour, tout en satisfaisant les exigences de Vitesse de Levage et en maintenant un Coefficient de sécurité du câble d'au moins 5.
Q : Quelle est la relation entre la norme GB/T 14407 et la norme ISO 4301 / FEM 1.001 ?
A : La norme ISO 4301 / FEM 1.001 constitue le document cadre général pour la conception des grues ; elle définit les méthodes générales de calcul de charge et de vérification structurelle. La norme GB/T 14407 est une norme de produit spécifique au mécanisme de levage ; elle précise les paramètres de type et les exigences de configuration particulières. Cette dernière s'appuie sur la première comme base de conception.
