Analyse des défaillances des câbles de pont roulant et facteurs influençant leur durée de vie

Le câble métallique est l'un des composants de levage les plus utilisés. Il offre une capacité de charge élevée, une bonne flexibilité, un mouvement fluide et un faible niveau sonore. Presque tous les ponts roulants utilisent des câbles métalliques pour supporter les charges. Si un câble métallique se rompt soudainement, les conséquences peuvent être graves. L'analyse des défaillances des câbles métalliques est donc importante pour des raisons de sécurité et d'économie. Cet article analyse les différents facteurs à l'origine des ruptures de câbles métalliques de ponts roulants afin de contribuer à prolonger leur durée de vie.

1. Résistance et allongement des câbles métalliques des ponts roulants

Par conception, la résistance maximale à la rupture d'un câble métallique est inférieure à la résistance cumulée de tous ses fils. Elle dépend de la construction du câble et de la qualité des fils qui le composent. Lors de la conception d'un câble métallique, il convient de prendre en compte tous les facteurs de charge, notamment les charges additionnelles, l'accélération, la décélération, la vitesse d'enroulement et autres. Le nombre, la disposition et le mode de montage des poulies et du tambour doivent également être considérés, ainsi que les conditions favorisant la corrosion et l'usure et la longueur du câble.

Les fils d'un câble métallique sont généralement fabriqués en acier de construction au carbone de haute qualité, avec une teneur en carbone de 0,5% à 0,8%. Le module d'élasticité du câble est d'environ 1,6 × 10⁵ N/mm². Ce module mesure l'allongement des fils sous charge.

Lorsqu'un câble métallique est soumis à une charge, ses fils se déplacent les uns par rapport aux autres afin d'ajuster leur position et d'atteindre un état stable correspondant à la charge appliquée. Ce phénomène engendre deux types d'allongement. Lors de la première mise en charge du câble, les fils se réorganisent légèrement, produisant un allongement permanent, appelé allongement de construction. Simultanément, un allongement réversible, appelé allongement élastique, se produit également. L'allongement de construction dépend, dans une certaine mesure, de l'intensité de la charge appliquée.

Plus le diamètre des fils d'un câble est petit, plus le moment de flexion nécessaire pour le courber est faible et plus le câble est flexible. Les câbles comportant un plus grand nombre de fils et les câbles à âme en fibres offrent généralement une meilleure flexibilité. Les câbles entièrement métalliques, composés d'un nombre réduit de fils, sont moins flexibles, tandis que les premiers présentent généralement un allongement supérieur aux seconds. Une plus grande flexibilité garantit une meilleure résistance à la rupture.

2. Poulies de pont roulant

La dimension principale de la poulie est généralement exprimée en additionnant le diamètre de la poulie au fond de la gorge du câble et le diamètre du câble métallique, qui correspond au diamètre d'enroulement minimal. poulie de grue Lorsque le diamètre du câble diminue, les contraintes dues à la flexion et à la pression de contact entre le câble et la poulie augmentent. Plus la contrainte de flexion est élevée, plus la fatigue des fils du câble est rapide. L'augmentation de la contrainte de contact accélère également l'endommagement du câble et l'usure de la poulie.

Plus le diamètre de la poulie augmente, plus la pression entre le câble et la poulie diminue, de même que le degré de flexion. Si la contrainte de flexion est le seul facteur considéré, le diamètre de la poulie pour un câble à contact ponctuel 6×19 peut être multiplié par 90 afin d'allonger la durée de vie du câble. Cependant, hormis pour des équipements spécifiques, les poulies de si grand diamètre sont rarement utilisées en pratique pour deux raisons :

1. Une poulie de cette taille est peu pratique pour la plupart des équipements de levage.
2. La flexion est rarement le seul facteur présent dans les conditions de fonctionnement.

En pratique, de nombreux autres facteurs, outre la flexion, influent sur la durée de vie d'un câble : contraintes répétées, usure, grenaillage, chocs, vibrations, torsion, vitesse de rotation, enroulement incorrect sur le tambour, corrosion et entretien insuffisant. Un ou plusieurs de ces facteurs peuvent avoir un impact plus important sur la durée de vie du câble que la taille de la poulie.

La taille optimale de la poulie doit être déterminée en tenant compte de la sécurité, du coût d'exploitation et d'autres facteurs. Cependant, la forte pression entre les fils aux points de contact du câble, combinée à la contrainte de flexion élevée générée par le passage du câble sur une petite poulie, peut entraîner des dommages et la rupture du câble. Dans ces conditions défavorables, des ruptures de fils se produisent souvent entre les points de contact de torons adjacents. Ces ruptures sont souvent difficiles, voire impossibles, à détecter par une inspection visuelle.

Par conséquent, pour les équipements soumis à d'autres exigences de sécurité strictes, il convient de sélectionner des poulies plus grandes afin que le processus d'endommagement du câble se développe plus graduellement et que les dommages se produisent à la surface du câble, où ils sont plus faciles à détecter et à évaluer.

3. Gorges de câble de poulie de pont roulant

Pour qu'un câble métallique fonctionne de manière optimale, la gorge de la poulie doit présenter un diamètre suffisamment grand pour assurer un jeu adéquat autour du câble. Le diamètre de la gorge n'est pas constant ; il varie principalement en fonction du câble lui-même et, dans une large mesure, du matériau de la poulie et de la pression qui lui est appliquée.

L'usure continue de la gorge entraîne généralement un rétrécissement de celle-ci lorsque le câble arrive en fin de vie. Ceci pose problème : à chaque installation d'un nouveau câble, il faudrait rectifier la gorge ou remplacer la poulie. Or, en pratique, ces opérations sont trop coûteuses.

Lors du réusinage d'une gorge, on répare généralement d'abord la bride, puis on usine le fond de la gorge au diamètre approprié. Si seul le fond de la gorge est usiné, l'angle de gorge adjacent risque de devenir insuffisant pour assurer un dégagement adéquat, ce qui accroît considérablement l'usure du câble.

4. Pression des câbles d'un pont roulant

Outre la contrainte de flexion générée par le passage du câble sur une poulie, ce dernier subit une pression radiale due au contact avec celle-ci. Cette pression induit des contraintes de cisaillement dans le câble, modifie sa structure et influe sur l'usure de la gorge de la poulie. Par conséquent, l'intensité de la pression radiale et la résistance à l'usure du matériau de la poulie doivent être prises en compte lors du choix de la construction du câble la plus appropriée.

5. Tambours de pont roulant

Le site tambour de grue Les dimensions, le profil de la gorge et la pression sont similaires aux conditions décrites ci-dessus pour les poulies.

Lorsqu'un tambour présente une surface lisse, la pression radiale réelle est relativement élevée car le câble n'est soutenu que d'un seul côté et sa périphérie n'est pas soutenue. Avec ce type de tambour, le câble et le tambour s'usent davantage qu'avec un tambour rainuré, et le câble est plus facilement endommagé par la pression.

Lorsque la contrainte de flexion est le principal facteur affectant la durée de vie du câble, le diamètre du tambour peut être légèrement inférieur à celui des poulies. En effet, lors d'un déplacement dans un sens, le câble se plie deux fois sur chaque poulie, mais une seule fois sur le tambour. La première flexion a lieu à l'approche d'une poulie, lorsque sa trajectoire passe d'une ligne droite à la courbure de celle-ci. La seconde flexion se produit lorsqu'il se redresse en quittant la poulie.

Dans certains cas, le débattement du câble est faible. Lorsqu'une partie du câble se déplace d'avant en arrière sur le tambour sans passer par une poulie, le nombre de cycles de flexion est réduit et la rupture progresse plus lentement.

Lorsqu'on utilise un tambour rainuré, un profil de rainure approprié permet de maintenir le câble enroulé dans la bonne position. Il est important de respecter un pas adéquat entre les rainures afin que les spires adjacentes aient un dégagement suffisant, sans excès. Cela évite que le câble en cours d'enroulement ne se coince ou ne frotte contre le câble déjà enroulé.

Pour l'enroulement multicouche, le pas entre les axes des rainures doit être suffisant pour empêcher les câbles métalliques de se toucher à l'angle de flottement maximal.

6. Autres facteurs de défaillance

1. Corrosion: La corrosion est une cause fréquente de rupture des câbles métalliques. L'atmosphère corrosive créée par le milieu d'exploitation peut avoir un impact significatif sur la durée de vie du câble.
2. Charges d'impact et vibrations : L'application de charges d'impact à un câble métallique et sa soumission à des vibrations engendrent des contraintes de flexion élevées et à haute fréquence. L'effet des vibrations est particulièrement marqué à l'extrémité du câble et peut provoquer une rupture par fatigue.
3. Température excessive : Si un câble métallique fonctionne à une température excessivement élevée, il peut se rompre car sa résistance à la traction diminue.

L'analyse des défaillances présentée ci-dessus montre que la rupture des câbles de pont roulant résulte souvent de l'accumulation de multiples facteurs. Lors d'une enquête sur une défaillance réelle, il convient d'analyser ces facteurs de manière exhaustive, d'établir leur importance relative et d'identifier la cause principale de la défaillance afin de prolonger la durée de vie des câbles.

Zora Zhao

Expert en solutions de ponts roulants/grues à portique/grues à flèche/pièces de grues

Avec plus de 10 ans d'expérience dans l'industrie de l'exportation de grues à l'étranger, j'ai aidé plus de 10 000 clients avec leurs questions et préoccupations avant-vente. Si vous avez des besoins connexes, n'hésitez pas à me contacter !

WhatsApp : +86 189 3735 0200

Courriel : zorazhao@dgcrane.com