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Ensemble de roue de grue : considérations clés de conception des roues, arbres, roulements et clavettes
Ensemble de roue de grue : considérations de conception pour les roues, arbres, roulements et clavettes
Introduction
Une roue de grue est rarement un composant isolé.
Dans les ponts roulants, les portiques, les chariots de transfert, les chariots de tête et autres équipements sur rails, la roue fonctionne normalement avec un arbre, des roulements, des boîtiers de roulements, des entretoises, des joints, des composants de lubrification, et parfois un réducteur ou un accouplement.
Ces composants forment un ensemble de roue de grue complet.
Un ensemble de roue fiable doit non seulement supporter la charge de la grue, mais aussi tourner en douceur, maintenir un alignement correct, transmettre le couple d'entraînement lorsque nécessaire, et fonctionner de manière fiable sous des démarrages, arrêts, charges d'impact répétés et un service à long terme.
Pour les projets de remplacement, sélectionner uniquement le bon diamètre de roue ne suffit pas.
La roue, l'arbre, les roulements, les dimensions d'installation, la connexion d'entraînement, la lubrification et les conditions de rail doivent tous être considérés ensemble.
Cet article explique les principaux composants d'un ensemble de roue de grue, la différence entre les roues motrices et les roues folles, ainsi que les facteurs clés à prendre en compte lors de la conception ou du remplacement d'un ensemble de roues de grue.
Qu'est-ce qu'un ensemble de roue de grue ?
Un ensemble de roue de grue est une unité de roulement complète qui permet à une grue ou à une machine montée sur rail de se déplacer le long d'un rail.
Selon la conception, un ensemble de roue peut inclure :
- roue de grue
- arbre de roue
- roulements
- boîtiers de roulement
- couvercles de roulement
- entretoises
- composants de retenue
- joints d'étanchéité
- raccords de graissage
- rainures de clavette ou cannelures
- accouplements
- engrenages ou connexions de réducteur
Différents fabricants de grues peuvent utiliser différentes structures.
Certains ensembles de roues utilisent un arbre séparé traversant la roue, tandis que d'autres utilisent des dispositions de roulement et d'entraînement différentes.
Pour cette raison, les ensembles de roues de rechange doivent être fabriqués selon la conception réelle de l'équipement plutôt que de supposer que tous les jeux de roues sont interchangeables.
Fonction principale de la roue de grue
La roue de grue remplit plusieurs fonctions importantes.
Elle supporte la charge verticale de la grue et transfère cette charge au rail.
Il permet également à la grue de se déplacer le long de la voie ou du rail.
Pour les roues motrices, la roue doit en plus transmettre le couple du système d'entraînement de translation.
Les caractéristiques importantes de la roue comprennent :
- diamètre de la roue
- diamètre de roulement
- largeur de roulement
- conception du boudin
- dimension de l'alésage
- dimensions du moyeu
- matériau
- traitement thermique
- dureté de surface
- précision d'usinage
La géométrie correcte de la roue doit correspondre à la fois au rail et au reste de l'ensemble de roue.
Arbre de roue de grue
L'arbre de roue supporte la roue et transfère la charge aux roulements et à la structure de support.
Pour les ensembles de roues motrices, l'arbre peut également transmettre le couple depuis un réducteur, un accouplement, un engrenage ou un mécanisme entraîné par moteur.
Les caractéristiques importantes de l'arbre peuvent inclure :
- diamètre de l'arbre
- portées de roulement
- position de montage de la roue
- épaulements
- filetages
- rainures de clavette
- cannelures
- gorges de retenue
- liaison par accouplement
L'arbre doit avoir une résistance et une ténacité suffisantes pour supporter la flexion, le cisaillement, le couple et les charges répétées.
Pour les applications à service intensif, des arbres en acier allié peuvent être sélectionnés en fonction de la charge requise et des conditions de travail.
Le matériau final et le traitement thermique doivent être déterminés par les exigences d'ingénierie plutôt que sélectionnés uniquement en fonction du diamètre de l'arbre.
Roulements dans les ensembles de roues de pont roulant
Les roulements permettent à la roue ou à l'arbre de tourner avec un frottement contrôlé tout en supportant des charges radiales et, selon la conception, axiales.
Le choix des roulements est une partie importante de la conception de l'ensemble de roue.
Il doit prendre en compte :
- charge de la roue
- diamètre de l'arbre
- vitesse de fonctionnement
- charge d'impact
- régime de service
- espace d'installation
- méthode de lubrification
- conditions environnementales
- durée de vie requise
Différents ensembles de roues peuvent utiliser différents types de roulements selon la structure et les exigences de fonctionnement.
Le modèle de roulement ne doit pas être sélectionné uniquement parce que son diamètre d'alésage correspond à l'arbre.
La capacité de charge, le jeu interne, la disposition d'installation et les conditions de fonctionnement réelles doivent également être pris en compte.
Installation et ajustement des roulements
Une installation correcte des roulements est essentielle pour un fonctionnement fiable de la roue.
Un ajustement incorrect peut provoquer :
- une surchauffe des roulements
- jeu excessif
- mouvement de l'arbre
- vibration anormale
- rotation irrégulière de la roue
- défaillance prématurée des roulements
Les zones importantes comprennent :
- portée de roulement de l'arbre
- logement de roulement
- positionnement axial
- dispositif de retenue
- le chemin de lubrification
- l'étanchéité
Les dimensions et tolérances d'usinage doivent être basées sur l'agencement des roulements et les exigences de conception.
Pour les ensembles de remplacement, le modèle de roulement existant et les dimensions d'installation doivent être confirmés avant la fabrication.
Logements et couvercles de roulements
Le logement de roulement supporte le roulement et relie l'ensemble de roue rotative à la structure de la grue.
Selon la conception, le logement peut être un composant indépendant ou intégré dans une structure de chariot de tête.
Les couvercles de roulements peuvent aider à :
- retenir les roulements
- maintenir la position axiale
- protéger les composants internes
- prendre en charge les dispositifs d'étanchéité
- empêcher les contaminants de pénétrer dans la zone des roulements
Pour les environnements poussiéreux, extérieurs, métallurgiques ou autres environnements exigeants, la protection des roulements devient particulièrement importante.
Système de lubrification
Une lubrification appropriée réduit la friction et l'usure dans le système de roulements.
De nombreux ensembles de roues de pont roulant utilisent une lubrification à la graisse.
Un raccord de graissage peut être prévu afin que la lubrification puisse être complétée lors de la maintenance.
La conception de la lubrification doit garantir que la graisse peut atteindre la zone de roulement requise sans fuite excessive.
Le personnel de maintenance doit respecter l'intervalle de lubrification requis et éviter à la fois une lubrification insuffisante et une sur-lubrification inutile.
Une mauvaise lubrification peut entraîner :
- température de palier augmentée
- bruit
- usure
- durée de vie du palier réduite
- grippage dans les cas graves
Roue de grue motrice
Une roue de grue motrice reçoit le couple de l'entraînement de translation et contribue au déplacement de la grue.
La transmission de puissance peut impliquer :
- moteur
- boîte de vitesses
- accouplement
- arbre d'entraînement
- rainure de clavette
- cannelure
- engrenage
La structure exacte varie selon les conceptions de grue.
Comparé à une roue folle, un ensemble de roue motrice nécessite une attention supplémentaire à la transmission du couple et à la précision de connexion.
Les informations importantes peuvent inclure :
- dimensions de l'arbre de sortie du réducteur
- dimensions de l'accouplement
- dimension de la rainure de clavette
- spécification de cannelure
- prolongement d'arbre
- sens de rotation
- position d'installation
Une inadéquation dans la connexion d'entraînement peut empêcher l'assemblage même lorsque la roue elle-même est dimensionnellement correcte.
Roue de grue folle
Une roue folle, également appelée roue non motrice, supporte principalement la charge de la grue et tourne lorsque la grue se déplace.
Elle ne reçoit normalement pas de couple d'entraînement direct du moteur de translation ou du réducteur.
Bien que la structure puisse être plus simple, la roue folle nécessite toujours des éléments corrects :
- dimensions de la roue
- sélection des roulements
- conception de l'arbre
- alignement
- lubrification
- installation
Les roues motrices et les roues folles peuvent utiliser le même matériau de roue, mais leurs arbres et structures de connexion peuvent être différents.
La roue motrice ou la roue folle détermine-t-elle le type de bride ?
Pas nécessairement.
Les roues motrices et les roues folles peuvent être conçues avec un ou deux rebords.
La disposition des rebords dépend principalement de :
- système de translation de la grue
- disposition des rails
- agencement des roues
- conception d'origine de la grue
- guidage latéral requis
Par conséquent, la roue ne doit pas être identifiée comme à simple boudin ou à double boudin simplement parce qu'elle est motrice ou non motrice.
Liaison roue-arbre
La roue peut être liée à l'arbre de différentes manières selon la conception.
Les dispositions possibles incluent :
- ajustement serré
- liaison par clavette
- liaison par cannelures
- autres structures de verrouillage mécanique
Pour un ensemble entraîné, la liaison doit transférer en toute sécurité le couple requis.
Le fabricant doit confirmer :
- diamètre d'alésage
- exigence d'ajustement
- dimensions clés
- norme de cannelure
- positionnement axial
- retaining method
Changer la méthode de connexion d'origine sans revue technique peut affecter l'assemblage et les performances.
Clavetages
Les clavetages sont couramment utilisés dans les liaisons mécaniques d'entraînement.
Pour les ensembles de roues de remplacement, il est important de confirmer :
- largeur de la clavette
- profondeur de la clavette
- longueur de la clavette
- diamètre de l'arbre
- position de la clavette
Une rainure de clavette endommagée ou fortement usée sur une roue ancienne ne doit pas simplement être copiée dans la nouvelle conception.
L'état de l'arbre doit également être inspecté.
Connexions cannelées
Les connexions cannelées peuvent être utilisées lorsqu'une capacité de transmission de couple plus élevée ou une connexion compacte spécifique est requise.
Lors du remplacement d'une roue ou d'un arbre à connexion cannelée, plusieurs paramètres doivent être confirmés, tels que :
- norme de cannelure
- nombre de dents
- module ou pas
- angle de pression le cas échéant
- ajustement
- longueur effective
Le dessin original est la meilleure référence.
Si le dessin d'origine n'est pas disponible, une mesure précise et une reconstruction technique sont nécessaires avant la production.
Matériau de la roue de grue
Le matériau de la roue a une influence majeure sur la résistance, la résistance à l'usure, la ténacité et les performances de fatigue.
La sélection du matériau doit prendre en compte :
- la charge de la roue
- la capacité de la grue
- diamètre de roue
- classe de service
- fréquence de fonctionnement
- charge d'impact
- état du rail
- environnement
- exigence de traitement thermique
For demanding crane applications, forged alloy steel such as 42CrMo may be selected where suitable strength and heat treatment performance are required.
D'autres matériaux de roue peuvent également être utilisés selon l'application et la spécification technique.
Le meilleur matériau n'est pas nécessairement le matériau le plus dur.
Un équilibre approprié entre résistance, ténacité, résistance à l'usure et performance en fatigue est plus important.
Roues de grue forgées
Les roues de grue forgées sont largement utilisées dans les applications à service intensif.
Le processus de forgeage peut aider à produire une structure de matériau dense et des propriétés mécaniques fiables lorsqu'il est correctement contrôlé.
Un processus typique de fabrication de roues forgées peut inclure :
- la préparation des matières premières
- le chauffage
- le forgeage
- le traitement thermique
- l'usinage grossier
- usinage final
- durcissement de surface si nécessaire
- inspection
- assemblage final
Pour les ensembles de roues personnalisés, l'arbre et les autres composants peuvent être fabriqués séparément et assemblés après inspection.
Traitement thermique
Le traitement thermique est utilisé pour obtenir les propriétés mécaniques requises des roues et des arbres de pont roulant.
Selon le matériau et l'application, les procédés possibles peuvent inclure :
- trempe et revenu
- durcissement de la surface de roulement
- durcissement localisé
- autres traitements spécifiés
Pour une roue, la bande de roulement nécessite une résistance à l'usure appropriée tandis que le cœur doit conserver une ténacité suffisante.
Pour un arbre, la résistance et la ténacité sont importantes car l'arbre peut être soumis à la flexion et à des charges répétées.
Le traitement thermique doit donc être sélectionné séparément pour chaque composant en fonction de sa fonction.
Bande de roulement et boudin de roue
La bande de roulement est la principale surface de contact entre la roue et le rail.
Le boudin assure le guidage latéral.
Les deux zones influencent les performances de la roue.
Lors de l'usinage et de l'inspection, les dimensions importantes peuvent inclure :
- diamètre de la bande de roulement
- largeur de la bande de roulement
- diamètre de la bride
- épaisseur de la bride
- hauteur de la bride
- espacement des brides
- finition de surface
Pour les ensembles de roues fonctionnant ensemble, les différences de diamètre de roulement doivent également être contrôlées.
Des différences de diamètre excessives peuvent contribuer au déversement de la grue et à une usure inégale des roues.
Pourquoi les roulements peuvent affecter l'usure des brides
Lorsqu'une usure anormale du boudin apparaît, l'attention se porte souvent uniquement sur la roue et le rail.
Cependant, l'état des roulements peut également influencer l'alignement des roues.
Un roulement usé ou endommagé peut permettre à la roue ou à l'arbre de se déplacer excessivement.
Cela peut entraîner :
- inclinaison de la roue
- contact de bande de roulement instable
- mouvement latéral accru
- contact de bride anormal
- vibration
Par conséquent, lorsqu'une roue présente une usure inhabituelle de la bride, l'état des roulements doit également être vérifié.
Pourquoi l'état de l'arbre est important
Un arbre plié ou usé peut affecter la précision de rotation de la roue.
Les problèmes possibles incluent :
- arbre plié
- portée de roulement usée
- rainure de clavette endommagée
- cannelure usée
- ajustement d'arbre incorrect
- dommage de surface
Installer une nouvelle roue sur un arbre endommagé peut ne pas résoudre le problème de fonctionnement d'origine.
Pour les grues plus anciennes, la roue et l'arbre doivent souvent être inspectés ensemble.
Faut-il remplacer uniquement la roue ou l'ensemble complet ?
Cela dépend de l'état des composants existants.
Remplacer uniquement la roue peut être raisonnable lorsque :
- l'arbre est en bon état
- les roulements restent adaptés
- les surfaces de contact sont dans les tolérances
- aucun problème d'alignement anormal n'existe
- les composants existants sont compatibles avec la nouvelle roue
Un ensemble de roue complet peut être préférable lorsque :
- l'arbre est usé ou endommagé
- les sièges de roulement sont endommagés
- les roulements ont atteint la fin de leur durée de service
- les rainures de clavette ou cannelures sont usées
- l'assemblage d'origine a connu des défaillances répétées
- la compatibilité d'installation est incertaine
- le client souhaite une unité de remplacement prête à installer
Un ensemble complet peut réduire la quantité de travail d'ajustement nécessaire sur le site du client.
Remplacer un ancien ensemble de roue sans le dessin d'origine
De nombreux vieux ponts roulants ne disposent plus de dessins de fabrication complets.
Un ensemble de roue de remplacement peut encore être développé, mais des mesures détaillées sont nécessaires.
Les informations utiles comprennent :
- photos de l'ancien ensemble de roue
- diamètre extérieur de la roue
- diamètre de roulement
- largeur de roulement
- dimensions de la bride
- dimensions de l'alésage
- longueur totale de l'arbre
- diamètre de l'arbre
- dimensions du siège de roulement
- modèle de roulement
- dimensions du carter de roulement
- informations sur la rainure de clavette ou la cannelure
- connexion d'entraînement
- dimensions des rails
- entraxes d'installation
L'ancien assemblage doit également être inspecté pour vérifier son usure.
Les mesures prises dans les zones usées peuvent ne pas représenter la conception d'origine.
Le plan de remplacement doit donc être reconstruit à partir des données mesurées, complétées par les informations sur l'équipement et une revue technique.
Importance de la confirmation du modèle de roulement
Lorsqu'un ensemble de roue de grue existant est remplacé, la désignation du roulement peut fournir des informations techniques utiles.
Elle peut aider à confirmer :
- diamètre d'alésage
- diamètre extérieur
- largeur du roulement
- type de roulement
- caractéristiques de charge possibles
Cependant, la désignation du roulement seule ne suffit pas à recréer l'ensemble complet.
Le logement, l'ajustement sur l'arbre, le positionnement axial, les joints et la disposition de lubrification doivent également être confirmés.
Connexion d'entraînement pour les roues de remplacement
Pour les ensembles de roues motrices, une attention particulière doit être accordée à la connexion entre l'ensemble de roue et le système d'entraînement.
Le client doit fournir des informations sur :
- modèle de réducteur
- arbre de sortie
- accouplement
- rainure de clavette
- Pour les applications de grue exigeantes, de l'acier allié forgé tel que le 42CrMo peut être sélectionné lorsque des performances de résistance et de traitement thermique appropriées sont requises.
- sens de montage
- longueur de connexion
Si le réducteur existant doit être réutilisé, le nouvel arbre de roue doit correspondre à l'interface d'entraînement existante.
C'est souvent l'une des dimensions les plus importantes dans un projet de remplacement.
Assemblage d'essai avant livraison
Lorsque la roue, l'arbre, les roulements, les boîtiers de roulements et les pièces associées sont fabriqués comme une unité complète, un assemblage d'essai avant expédition peut aider à identifier d'éventuels problèmes d'ajustement.
L'assemblage d'essai peut vérifier :
- l'installation des roulements
- l'ajustement roue-arbre
- le positionnement axial
- l'installation du couvercle
- la disposition des joints
- accès à la lubrification
- raccordement d'entraînement
- dimensions d'assemblage globales
Pour les projets de remplacement personnalisés, cela peut réduire les risques d'installation sur le site du client.
Inspection des ensembles de roues de grue
Selon les exigences du projet, l'inspection peut inclure :
Inspection des roues
- inspection dimensionnelle
- essai de dureté
- essai par magnétoscopie lorsque requis
- essai par ultrasons lorsque requis
- inspection visuelle
Inspection de l'arbre
- inspection dimensionnelle
- vérification de la dureté si nécessaire
- essais non destructifs lorsque spécifié
- inspection de la rainure de clavette ou des cannelures
Inspection des paliers et de l'assemblage
- confirmation du modèle de palier
- inspection de l'ajustement
- contrôle de rotation
- contrôle de lubrification
- vérification des dimensions d'assemblage
Les exigences d'inspection doivent être confirmées avant la production.
Informations requises pour un ensemble de roue de grue personnalisé
Pour la quotation et l'évaluation technique, il est utile de fournir :
- capacité de la grue
- charge maximale sur roue si disponible
- roue motrice ou roue folle
- simple ou double bride
- diamètre extérieur de la roue
- dimensions de la bande de roulement
- dimensions du boudin
- type de rail
- exigence relative au matériau de la roue
- dessin ou dimensions de l'arbre
- modèle de roulement
- dimensions du logement de roulement
- informations sur la rainure de clavette ou la cannelure
- connexion de boîte de vitesses ou d'accouplement
- exigence de traitement thermique
- exigence d'inspection
- quantité
- anciens dessins ou photos
Plus les informations sont complètes, plus il est facile de préparer un dessin de production précis.
Erreurs courantes lors de la commande d'ensembles de roues de grue
Les erreurs courantes incluent :
- commande uniquement par diamètre de roue
- ignorer les dimensions de l'arbre
- ignorer le type de roulement
- ne pas vérifier la connexion d'entraînement
- copier les dimensions d'une rainure de clavette usée
- ignorer les dimensions du rail
- changer le matériau de la roue sans examen technique
- remplacer une roue sans vérifier l'arbre
- remplacer une roue sans vérifier les roulements
- supposer que les ensembles moteurs et fous sont identiques
- commencer la production avant de confirmer le dessin final
Ces erreurs peuvent entraîner des problèmes d'installation ou une usure prématurée.
Comment prolonger la durée de vie de l'ensemble de roue de grue
Une bonne durée de vie dépend de l'ensemble du système.
Les pratiques recommandées incluent :
- maintenir un alignement correct des rails
- contrôler les différences de diamètre des roues
- maintenir une lubrification adéquate des roulements
- inspecter l'arbre et les logements de roulements
- maintenir un alignement correct des roues
- éviter un gauchissement excessif de la grue
- vérifier l'état de la boîte de vitesses et de l'accouplement
- inspecter l'usure des boudins de roue
- remplacer les roulements endommagés en temps utile
- utiliser des matériaux appropriés pour les roues et les arbres
- utiliser un traitement thermique approprié
Un ensemble de roues fiable nécessite à la fois une bonne qualité de fabrication et une maintenance appropriée de la grue.
Conclusion
Un ensemble de roue de grue est bien plus qu'une simple roue de grue.
La roue, l'arbre, les roulements, les carters, le système de lubrification, la connexion d'entraînement et le rail travaillent tous ensemble pour supporter et déplacer la grue.
Pour les roues motrices, la transmission du couple et la connexion au réducteur doivent également être prises en compte.
Pour les projets de remplacement, il ne suffit pas de faire correspondre simplement le diamètre de l'ancienne roue. Les dimensions de l'arbre, la disposition des roulements, la géométrie de la bride, la taille du rail, l'interface d'entraînement et les dimensions d'installation doivent tous être confirmés.
Lorsque le dessin d'origine n'est pas disponible, un ensemble de roue ancien peut être reconstruit par une mesure précise, une revue technique, une confirmation du dessin, une fabrication, une inspection et un montage d'essai.
Traiter la roue de grue comme faisant partie d'un système de roulement complet aide à réduire les problèmes d'installation, l'usure anormale, les temps d'arrêt et les coûts de maintenance à long terme.
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