Frein de levage conforme GB/T 22414-2008 pour grue
La norme GB/T 22414-2008 « Appareils de levage à charge suspendue — Exigences relatives aux systèmes de freinage des mécanismes de levage » est la norme de référence pour la conception, la sélection et la configuration de sécurité des freins de mécanisme de levage. Elle spécifie les exigences de base, la vérification du couple de freinage, les types de freins et les méthodes d'essai applicables aux systèmes de freinage des mécanismes de levage, constituant ainsi un texte normatif clé pour la sécurité du freinage des grues.
La norme GB/T 22414-2008, qui adopte par équivalence l'ISO 12100-3:2002, est la norme dédiée aux systèmes de freinage des mécanismes de levage des grues. Le frein du mécanisme de levage est l'un des composants de sécurité les plus critiques de la grue : il assume directement la fonction de freinage de la charge suspendue. Toute défaillance du freinage peut entraîner la chute de la charge et provoquer des accidents graves. La norme s'applique à la conception, à la sélection et à l'inspection des systèmes de freinage des mécanismes de levage pour tous les types de grues : type à pont, type à portique, type à tour et type mobile.
Exigences de base du système de freinage
La norme définit des exigences de base précises pour le système de freinage du mécanisme de levage. Chaque mécanisme de levage doit être équipé d'un frein dont le couple de freinage ne doit pas être inférieur à 1,5 fois le couple de levage nominal (soit un coefficient de sécurité de freinage d'au moins 1,5). Le frein doit être installé sur l'arbre haute vitesse du réducteur (côté arbre de moteur) ; le freinage sur l'arbre haute vitesse offre l'avantage d'un temps de réponse rapide et d'un couple de freinage réduit, ce qui permet de choisir un frein de dimensions plus modestes. Le frein doit être de type normalement fermé (freinage à la coupure d'alimentation), c'est-à-dire que le serrage du frein est assuré par la force de ressort et le desserrage par force électromagnétique ou hydraulique, garantissant ainsi un serrage automatique du frein en cas de coupure de l'Alimentation Électrique. Le Jeu de frein doit être uniforme et réglable, avec un écart entre chaque mâchoire et la roue de frein compris entre 0,5 et 1,0 mm.
La norme précise également l'adaptabilité environnementale des freins. Le frein doit fonctionner normalement dans une Température Ambiante comprise entre −20 °C et +50 °C. Pour une utilisation en Environnement Haute Température (Pont Métallurgique), des mesures d'isolation thermique doivent être prises et la température de surface du frein ne doit pas dépasser 150 °C. Dans les environnements humides ou Corrosifs, un Traitement anticorrosion est requis. L'électroaimant ou le poussoir hydraulique du frein doit être équipé d'un dispositif de libération manuelle : en cas de coupure d'alimentation ou de blocage du frein, la libération manuelle permet de descendre lentement la charge suspendue. La force d'actionnement du dispositif de libération manuelle ne doit pas dépasser 300 N et la course de libération doit garantir l'ouverture complète du frein. Le Câble Métallique ou le Tirant de libération manuelle doit faire l'objet d'une Inspection Périodique de sa souplesse et de sa course afin d'éviter tout blocage par manque d'utilisation. Après une libération manuelle, le frein doit être réarmé manuellement pour retrouver son état de freinage normal ; il est strictement interdit de démarrer le mécanisme de levage tant que le frein est en position déverrouillée.
Calcul et vérification du couple de freinage
La norme détaille la méthode de calcul du couple de freinage. Le couple de freinage nominal Tb du frein du mécanisme de levage doit satisfaire : Tb ≥ 1,5 × Tl, où Tl est le couple équivalent de la charge de levage nominale ramené sur l'arbre de moteur, soit Tl = (Q + G0) × D / (2 × i × η), avec Q la Capacité Nominale, G0 la masse du Spreader (palonnier de levage), D le diamètre du tambour, i le rapport de vitesse du réducteur et η le rendement du mécanisme. Le Coefficient de sécurité de freinage de 1,5 constitue une exigence renforcée par rapport aux dispositions de la norme ISO 4301 / FEM 1.001 ; pour les mécanismes de levage de Classe de Fonctionnement A6 ou supérieure, ainsi que pour les applications critiques, la norme recommande de porter ce coefficient à 1,8 – 2,0. En configuration Frein double (frein de service + Frein de Sécurité), chaque frein doit satisfaire individuellement aux exigences ci-dessus, afin de garantir qu'en cas de Défaillance de l'un des deux freins, l'autre assure seul un freinage sûr.
La distance de glissement du frein constitue l'indicateur direct de la performance de freinage. La norme spécifie qu'à charge nominale, la distance de glissement après actionnement du frein ne doit pas dépasser la Vitesse de Levage divisée par 65 (soit S ≤ v/65, v étant la Vitesse de Levage nominale en m/min). Par exemple, pour une grue dont la Vitesse de Levage est de 8 m/min, la distance de glissement admissible ne doit pas dépasser 8/65 = 123 mm. La mesure de la distance de glissement doit être effectuée à chaud (après que le frein a atteint l'équilibre thermique en service continu), car le coefficient de frottement diffère entre un frein froid et un frein chaud. La mesure s'effectue une fois la charge suspendue stabilisée, puis on actionne le frein ; la moyenne de 3 mesures consécutives sert de base à la Réception. Lorsque la valeur mesurée dépasse la limite admissible, il convient de rechercher la cause en vérifiant le réglage du Jeu de frein, l'état de surface de la roue de frein (présence éventuelle de graisse) et le réglage de la force de ressort.
Types de freins et exigences relatives aux matériaux
La norme définit des recommandations concernant le type de frein à utiliser pour le mécanisme de levage. Le frein de levage doit être de type à sabots ou à disque. Le frein à sabots, de construction simple, offre un couple de freinage élevé et une maintenance aisée ; il s'agit du type le plus répandu sur les mécanismes de levage de grues. Le frein à disque se distingue par un couple de freinage stable, une bonne dissipation thermique et un faible niveau sonore au freinage ; il est applicable aux applications exigeant une grande stabilité de freinage, comme le levage de précision. Les sabots de frein doivent être constitués d'un matériau de friction sans amiante (par exemple un matériau semi-métallique ou fritté), présentant un coefficient de frottement compris entre 0,35 et 0,45, une bonne stabilité thermique et ne générant pas de poussières nocives. La roue de frein doit être réalisée en acier de qualité au moins égale à ZG340-640 ou en acier 45, avec une dureté de la bande de roulement comprise entre HB280 et 320 et une profondeur de couche durcie d'au moins 3 mm. Le voile radial de la roue de frein ne doit pas dépasser 0,05 mm et la rugosité de la surface de roulement doit être inférieure ou égale à Ra 1,6 μm.
Exigences de la norme relatives au ressort de frein : il doit s'agir d'un ressort de compression hélicoïdal cylindrique, en acier 60Si2Mn ou 50CrV, traité par trempe et revenu. L'écart de hauteur libre du ressort ne doit pas dépasser ±3 %, et l'écart entre la déformation en charge de service et la valeur de calcul ne doit pas dépasser ±5 %. Après 100 000 cycles de compression à la charge maximale de service, le ressort ne doit présenter ni déformation permanente ni rupture par fatigue. L'électroaimant ou le poussoir hydraulique du frein doit disposer d'une force d'attraction et d'une course suffisantes pour garantir un desserrage fiable sous tension nominale (avec une tolérance de -15 % à +10 %). Le grade de l'huile hydraulique du frein à poussée hydraulique doit être choisi en fonction de la température ambiante : une huile à bas point d'écoulement pour les environnements froids, et une huile à viscosité élevée pour les environnements à haute température. Le frein doit être équipé d'un dispositif de compensation automatique ou de réglage manuel de l'usure des sabots, afin de maintenir un jeu de freinage stable tant que l'usure des sabots ne dépasse pas 50 % de leur épaisseur d'origine.
Paramètres clés du système de freinage : tableau comparatif
Le tableau comparatif ci-dessous synthétise les paramètres clés exigés par la norme pour le système de freinage du mécanisme de levage. Il constitue une référence pratique pour la sélection de l'équipement, la réception d'installation et l'inspection quotidienne.
| Élément | norme technique | méthodes d'inspection |
|---|---|---|
| couple de freinage | ≥1.5Rapport de charge nominale Levage / Hissage Couple | Ressort Mesure par pesage Couple Méthode |
| Jeu de frein | 0.5~1.0mm | jauge d'épaisseur Mesure |
| distance de glissement du frein | ≤v/65 (mm) | Chargeessai de freinage |
| Mâchoire de frein Usure | ≤Épaisseur d50% | Mesure à la règle |
| roue de frein Dureté | HB280~320 | Portatif Dureté Compteur |
| coefficient de frottement | 0.35~0.45 | fabrication Rapport fourni par le fabricant |
Questions fréquentes
Q : Pourquoi le frein de levage doit-il être monté sur l'arbre haute vitesse ?
A : L'arbre haute vitesse (arbre de moteur) tourne plus vite mais avec un couple plus faible ; un frein de même taille y produit donc un effet de freinage bien supérieur. S'il était monté sur l'arbre à basse vitesse (arbre de tambour), il faudrait un frein nettement plus grand pour obtenir le même couple de freinage, ce qui compliquerait l'implantation et augmenterait les coûts.
Q : Comment diagnostiquer une distance de glissement du frein excessive ?
A : Vérifiez d'abord le jeu de frein (s'il est trop grand), puis l'usure des mâchoires (si elle dépasse la limite), ensuite le ressort de frein (si sa hauteur libre a diminué), et enfin la surface de la roue de frein (présence d'huile ou usure irrégulière). Un contrôle méthodique permet généralement d'identifier la cause.
Q : Quels sont les points à vérifier lors de l'inspection quotidienne du frein ?
A : À chaque poste, vérifiez visuellement que l'ouverture et la fermeture du frein se font normalement et qu'aucun bruit anormal n'est émis. Une inspection mensuelle porte sur le jeu de frein et la quantité d'usure des mâchoires. Tous les trimestres, contrôlez le couple de freinage et le ressort de frein. Une fois par an, réalisez un essai de glissement du frein. Les mécanismes de levage Kelude sont équipés en standard de freins à poussoir hydraulique, et chaque unité subit un essai de glissement du frein avant livraison.
Q : Comment traiter l'usure de la surface de la roue de frein ?
A : Si des rainures apparaissent ou si la rugosité de surface se dégrade, une reprise par tournage est nécessaire. La réduction de diamètre après tournage ne doit pas dépasser 10 % du diamètre d'origine. Si l'épaisseur de paroi diminue de plus d'un tiers ou si des fissures apparaissent, la roue de frein doit être remplacée.
