Explication des grues pivotantes : roulements et entraînements qui maintiennent les charges lourdes en rotation

Regardez une grue soulever un conteneur d'un quai et le faire basculer vers un navire en attente, et vous regardez un ensemble de roulements effectuer l'essentiel du travail silencieux. Le palan soulève la charge et la flèche ou le chariot la positionne, mais c'est le mouvement de rotation (la rotation lente et contrôlée de la structure supérieure autour d'un axe vertical) qui transforme un engin de levage en une machine capable de placer une charge presque n'importe où dans son rayon de travail. Tout ce qui dépasse cette rotation dépend de deux composants : la couronne d'orientation qui supporte la charge et l'entraînement qui la fait tourner.

Après avoir passé des années à concevoir et fabriquer ces composants pour les constructeurs de grues et les intégrateurs d'équipements, nous avons appris que la plupart des problèmes de rotation sont résolus bien avant que la première cartouche de graisse ne soit vidée. Ils sont décidés au stade de la spécification, lorsque quelqu'un a fait correspondre le roulement à la tâche réelle ou l'a deviné.

Qu'est-ce qui fait d'une grue une grue « orientable »

À proprement parler, une grue pivotante est toute grue dont les éléments supérieurs tournent par rapport à sa base. Cette unique caractéristique couvre une très large famille de machines :

• Grues à tour, où l'ensemble de la flèche pivote au-dessus du mât.
• Grues mobiles et montées sur camion, dont la superstructure tourne sur un anneau dynamique au-dessus du châssis.
• Grues pivotantes pour portails et chantiers navals, qui combinent un portique mobile et une flèche rotative.
• Grues de pont, potences et grues utilitaires utilisées pour le levage de personnel ou de matériel.
• Pelles de manutention et grues à bois avec grappins ou grappins.

En revanche, un pont roulant déplace généralement son pont et son chariot le long de rails droits au lieu de tourner. Les grues de chantier dotées d'une flèche pivotante se situent quelque part entre les deux et rappellent que l'interface de rotation est souvent la plus petite partie de la machine, mais celle qui supporte la charge la plus concentrée.

La couronne d'orientation : un roulement, trois charges

Une couronne d'orientation de grue fait le travail qui nécessiterait autrement plusieurs roulements et un cadre structurel. Dans un seul anneau, il supporte la charge axiale provenant du poids de la flèche et de la charge levée, la charge radiale due à la traction latérale et au vent, ainsi qu'un moment de basculement produit par la charge multipliée par sa distance par rapport au centre de rotation. Ce troisième composant est généralement le facteur décisif sur une grue, car le rayon de travail agit comme un bras de levier sur tout ce que maintient le roulement.

La plupart des anneaux de grue intègrent également les dents d'engrenage – externes, internes ou aucune – de sorte que le même composant supporte et entraîne la rotation. Les chemins de roulement sont trempés à cœur ou trempés par induction, les joints empêchent les particules et l'eau d'entrer en contact avec le roulement, et les rainures ou orifices de lubrification déterminent la facilité avec laquelle la bague peut être entretenue plus tard dans sa vie. Si vous souhaitez une présentation plus approfondie du fonctionnement du chemin de charge à l'intérieur de ces anneaux, notre note sur comment les roulements d'orientation supportent les charges de la grue entre plus en détail.

Lorsqu'une grue a besoin d'un positionnement très serré ou d'une pointe de flèche rigide (les grues de pont travaillant sur des conteneurs, par exemple), un agencement de rouleaux croisés est souvent la meilleure solution que les billes, car les rouleaux résistent au moment avec une déviation sensiblement moindre.

Roulement d'orientation à rouleaux croisés à une rangée Pour les grues nécessitant un positionnement serré et une faible déflexion, ce roulement à rouleaux croisés à une rangée offre une capacité de charge élevée et une rotation fluide. Voir le produit →

Entraînements de rotation : couple avec contrôle

Toutes les grues n'ont pas besoin d'un anneau et d'une boîte de vitesses séparés. Un entraînement d'orientation regroupe le roulement, l'engrenage et le boîtier dans une seule unité étanche, ce qui simplifie énormément l'interface de montage et offre aux concepteurs un moyen compact d'obtenir des rapports de réduction élevés. Le compromis est que l'entraînement doit être sélectionné en fonction des exigences de couple et de maintien plutôt que de la simple capacité portante.

Sur les camions-grues, les nacelles élévatrices et les équipements utilitaires, la capacité à maintenir une position sans frein (comportement autobloquant d'un étage à vis sans fin, par exemple) est souvent aussi précieuse que le couple de sortie brut. Les entraînements fermés tolèrent également mieux la poussière, le lavage et le stockage à l’extérieur que les couronnes dentées exposées. Notre article sur entraînements de rotation verticaux dans les grues et les excavatrices couvre la façon dont le rapport de transmission, la rigidité du boîtier et les choix d'étanchéité interagissent dans la pratique.

Entraînement de rotation autobloquant à engrenage interne vertical Pour les camions-grues et les plates-formes élévatrices, cet entraînement vertical à engrenages internes offre un maintien de position autobloquant et une transmission de couple stable. Voir le produit →

Faire correspondre le type de roulement à la fonction de la grue

Il n’existe pas de meilleure solution d’orientation universelle. Ce qui compte, c'est la manière dont la charge arrive, à quelle fréquence elle arrive et l'espace que la structure laisse autour de l'anneau. La comparaison ci-dessous est celle que nous présentons le plus souvent aux clients.

Pour les portails lourds, les chargeurs de navires et les machines mobiles plus grandes, la conception des rouleaux à trois rangées est généralement le point où la conversation se termine, car la répartition des tâches axiales, radiales et de moment sur des rangées de rouleaux distinctes permet de gérer les contraintes de contact à mesure que la machine grandit.

Roulement d'orientation à rouleaux à trois rangées, série 13 Pour les portails lourds et les machines plus grandes, ce roulement à rouleaux à trois rangées sépare les charges axiales, radiales et de moment pour gérer les contraintes de contact. Voir le produit →

Cas de charge qui décident de la conception

Les charges statiques et dynamiques ne sont pas les mêmes

Un roulement qui maintient une grue stationnée avec la flèche déployée est confronté à un cas statique et la charge autorisée est généreuse. Le même levage et orientation de grue produit simultanément un boîtier dynamique avec une fraction de cette capacité disponible. Citer un chiffre pour les deux est l’une des sources les plus courantes d’échec prématuré.

Choc, traction latérale et service d'inversion

Les grappins se libèrent, les charges oscillent sur le crochet, les rafales de vent sur une longue flèche et les butées de rotation inégales ajoutent tous des chemins de charge qui manquent à un simple calcul de levage. Le devoir d'inversion est également important : une bague qui ne tourne que de dix degrés dans chaque sens portera une bande étroite de chemin de roulement, de sorte que les spécifications doivent tenir compte de la plage d'orientation ainsi que des révolutions totales.

Accès à l'environnement et à la maintenance

Les ports, carrières et ponts offshore apportent du sel, du sable et de l'humidité. L'étanchéité, la protection des surfaces et la position des graisseurs sont des décisions de conception et non des réflexions après coup, car un roulement qui ne peut pas être relubrifié facilement ne le sera pas.

Une liste de contrôle de sélection à suivre

1. Définissez la charge de travail maximale et le rayon maximum auquel elle se produit.
2. Calculez le moment de basculement, les charges axiales et radiales pour chaque combinaison pertinente, et pas seulement pour le pire levage individuel.
3. Estimation du cycle de service : levées par heure, angle de rotation, heures de fonctionnement par an.
4. Appliquez le facteur de service approprié pour la classe d’application et le niveau de choc.
5. Vérifiez la structure de montage : planéité, qualité des boulons, précharge des boulons et rigidité de la bride de support.
6. Convenez de la méthode de lubrification, de l’intervalle de relubrification et de l’accès à l’inspection avant la publication des dessins.

Parcourir ces six points sur papier prend un après-midi. Les ignorer peut mettre une grue hors service pendant des semaines.

Installation et soins de longue durée

Même un anneau correctement dimensionné ne fonctionnera pas correctement si la face de montage n'est pas plane ou si les boulons ne sont pas tendus dans le bon ordre. Des surfaces de montage usinées, des filetages propres et une procédure de couple calibrée protègent le chemin de roulement d'être déformé par la structure sur laquelle il repose. L'engrènement des engrenages doit être vérifié avec un composé de marquage plutôt qu'à l'oreille, et le jeu doit être mesuré en plusieurs points autour de l'anneau.

• Relubrifiez à l'intervalle fixé par le cycle de service, et non par le calendrier seul.
• Inspectez les joints à chaque entretien et remplacez-les avant que l’infiltration d’eau ne se traduise par une décoloration de la graisse.
• Suivre le jeu et la résistance à la rotation au fil du temps ; les changements sont des signes avant-coureurs.
• Vérifiez la tension des boulons après les premières semaines de fonctionnement et périodiquement par la suite.

Obtenir la bonne rotation du premier coup

Nous construisons des couronnes d'orientation et des systèmes d'entraînement d'orientation à Jiangyin, Jiangsu, pour des clients de machines portuaires, de grues mobiles, d'équipements de construction et de systèmes automatisés. Notre production est organisée autour de la précision, de la légèreté et de l'automatisation, avec des données de production surveillées au fur et à mesure que les pièces circulent dans l'atelier, et nous sommes heureux de nous asseoir avec un cas de charge et un dessin plutôt que de simplement citer un numéro de pièce. Si vous spécifiez la rotation d'une nouvelle grue ou remplacez un anneau qui n'a pas duré aussi longtemps qu'il le devrait, l'envoi des données de charge est le moyen le plus rapide de commencer.