Décodage des paliers d'orientation des grues : Guide de l'ingénieur

Connaissances de base et types de paliers d'orientation

Définition et fonctions essentielles

En termes simples, la couronne d'orientation est un roulement spécial qui peut supporter simultanément une force axiale, une force radiale, un moment de renversement et d'autres charges. Dans une grue, sa fonction principale est de permettre à la structure supérieure (comme la flèche, la cabine, le contrepoids) de tourner à 360 degrés par rapport au châssis inférieur.

Si l'on y réfléchit bien, sans couronne d'orientation, la grue ne peut fonctionner que dans une seule direction, ce qui est très inefficace ! C'est donc la pierre angulaire de la grue pour réaliser des opérations multifonctionnelles.

structure et principe de fonctionnement

La structure de la couronne d'orientation est en fait assez exquise. Elle comprend principalement des bagues intérieures et extérieures, des corps roulants (qui peuvent être des billes d'acier ou des rouleaux), des blocs d'isolation, des bagues d'étanchéité et, dans certains cas, des engrenages.

• Intérieur et anneaux extérieurs: Il s'agit du corps principal de la couronne d'orientation, qui est généralement fixé sur les structures supérieure et inférieure de la grue.
• Éléments roulantsIls constituent le "pont" entre les bagues intérieure et extérieure, supportent la charge et réalisent le frottement de roulement.
• Bloc d'isolationLes caractéristiques de l'acier sont les suivantes : éviter le frottement entre les corps roulants, assurer un fonctionnement sans heurts.
• Bague d'étanchéitéLa protection de l'environnement : très importante ! Il peut empêcher efficacement la poussière, l'humidité et d'autres impuretés de pénétrer à l'intérieur, tout en prévenant la perte de graisse et en prolongeant la durée de vie du support.
• Engrenages: De nombreuses couronnes d'orientation sur la bague extérieure ou intérieure seront usinées à partir de l'engrenage, utilisé pour entraîner l'engrenage du pignon du moteur, afin d'obtenir une rotation.

Le principe de fonctionnement, pour dire les choses simplement, consiste à rouler entre les chemins de roulement des anneaux intérieurs et extérieurs à travers les éléments de roulement pour transférer les différentes charges de la structure supérieure (la force de levage verticale vers le bas est la force axiale ; la force générée par l'oscillation latérale de la flèche est la force radiale ; plus le poids de levage est éloigné du centre, plus le moment de renversement généré est important) est transmise à la structure inférieure. En même temps, l'entraînement par engrenage permet de réaliser la rotation précise de la structure supérieure de la grue.

Principaux types de et leurs applications

En fonction de la disposition et du nombre d'éléments roulants, les couronnes d'orientation peuvent être divisées en plusieurs types :

• Rotation à une rangée portante : C'est le plus courant, avec une capacité de charge modérée. Sa structure est relativement simple et son coût est relativement faible, de sorte qu'il est largement utilisé dans les grues de petite et moyenne taille, les excavateurs et d'autres équipements. Je pense que pour les équipements dont l'environnement de travail n'est pas si mauvais et dont la charge n'est pas particulièrement importante, le type à une seule balle est le premier choix avec des performances de coût élevées.
• Palier d'orientation double pour volley-ball: Par rapport au volley-ball simple, sa capacité de charge est plus importante, notamment en ce qui concerne le couple de renversement. Il est généralement utilisé sur les grues de moyenne et grande taille dont les exigences en matière de stabilité sont plus élevées.
• Palier d'orientation à rouleaux croisés se caractérise par une disposition transversale des rouleaux à 90 degrés, qui peut supporter simultanément une force axiale, une force radiale et un moment de renversement importants. La capacité de charge est la plus forte de tous les types, et on peut donc la voir sur les "gros bras" tels que les grues lourdes, les machines portuaires et les machines à bouclier. Personnellement, je pense que dans des conditions extrêmes, la fiabilité du type à rouleaux croisés ne fait aucun doute.
• Roulement à trois rangées de rouleaux: Cette structure peut être considérée comme une version renforcée du type à rouleaux croisés. Elle supporte la force axiale, la force radiale et le moment de renversement respectivement par le biais de trois rangées de rouleaux, et sa capacité de charge est extrêmement élevée. Elle est principalement utilisée pour le levage d'équipements très lourds et nécessitant une stabilité extrême, comme certaines grues de plates-formes offshore.

Sélection des matériaux et traitement thermique

Le choix des matériaux et le processus de traitement thermique de la couronne d'orientation déterminent directement la solidité de ses "os" et de ses "muscles".

Les matériaux couramment utilisés sont principalement des aciers de construction alliés de haute qualité, tels que 42CrMo, 50Mn, etc. La solidité, la ténacité et la résistance à l'usure de ces matériaux sont meilleures.

Le processus de traitement thermique a une grande influence sur les performances de la couronne d'orientation. La surface du chemin de roulement est généralement trempée pour obtenir une dureté et une résistance à l'usure plus élevées afin de faire face au frottement à haute résistance des éléments roulants. La partie centrale conserve une certaine dureté pour résister aux charges d'impact.

On peut dire que la sélection des matériaux et le traitement thermique sont comme une injection de vitalité dans la couronne d'orientation, lui permettant de fonctionner de manière stable et fiable dans diverses conditions difficiles. J'ai vu des cas de défaillance précoce due à des matériaux ou à un traitement thermique inadéquats, et les conséquences peuvent être graves, affectant directement la sécurité de fonctionnement de la grue.

Considérations relatives à la sélection : Pour garantir la meilleure adéquation

Au cours de ma carrière, j'ai vu trop d'accidents et d'échecs causés par une mauvaise sélection des couronnes d'orientation. C'est pourquoi, chaque fois que je reçois un nouveau projet, la sélection des roulements d'orientation est toujours l'une de mes principales priorités. Il ne s'agit en aucun cas d'une simple consultation du manuel, mais d'un examen approfondi de nombreux facteurs afin de s'assurer que nous choisissons la "meilleure solution".

Calcul et analyse de la charge

C'est le point central de tout le processus de sélection. Tout comme pour le choix des chaussures d'une personne, il faut savoir combien elle pèse et quels sont les sports qu'elle pratique habituellement. Pour les couronnes d'orientation, nous devons calculer avec précision toutes les charges qu'elles doivent supporter. Je commence généralement par les éléments suivants :

• Poids maximal et rayon d'action : le paramètre le plus fondamental, il détermine directement la taille du moment d'orientation. Je vérifierai soigneusement le diagramme des conditions de travail de la grue pour trouver la combinaison de charges la plus défavorable.
• Charge de vent : l'influence du vent n'est pas négligeable, en particulier pour les grandes grues, le moment généré par le vent fort sur la flèche est énorme et doit être pris en compte dans le calcul.
• Charge d'impact : les secousses lors du levage d'objets lourds et les chocs lors du freinage augmentent instantanément la charge. Je fixerai un facteur d'impact raisonnable sur la base de mon expérience et des spécifications.
• Autres charges : le poids de la grue elle-même, comme la charge excentrique, etc., doit être soigneusement analysé.

Ces calculs de charge ne sont pas une simple question de se frapper la tête et nécessitent généralement l'utilisation d'un logiciel professionnel d'analyse structurelle et la référence à des normes industrielles. Une fois les résultats des calculs obtenus, je choisirai également un matériau de construction approprié. facteur de sécurité.

D'une manière générale, le choix du facteur de sécurité sera plus conservateur. Après tout, il s'agit d'une question de sécurité personnelle. Il vaut mieux qu'il soit plus élevé que moins élevé. Un facteur de sécurité élevé signifie une plus grande redondance et la capacité de faire face à des situations inattendues, telles que des surcharges occasionnelles (bien sûr, cela est strictement interdit, mais nous devons nous préparer à cette éventualité).

Facteurs liés à l'environnement de travail

La complexité de l'environnement de travail de la grue a une incidence directe sur la durée de vie et les performances de la couronne d'orientation. Lorsque je choisis le type de roulement, le poids des facteurs environnementaux n'est même pas inférieur à celui de la charge elle-même.

• Température : les températures élevées affectent les performances de la graisse, ce qui entraîne le vieillissement des joints ; les basses températures peuvent fragiliser l'acier, la viscosité de la graisse est trop importante. Les régions extrêmement froides doivent même envisager l'utilisation d'un acier spécial basse température.
• Humidité et poussière : L'environnement humide et poussiéreux est l'ennemi de la couronne d'orientation. L'humidité provoque la corrosion et la poussière pénètre dans le roulement et en accélère l'usure. À ce moment-là, il est particulièrement important de choisir des produits ayant de meilleures performances d'étanchéité, et il peut même être nécessaire de personnaliser le couvercle de protection.
• Milieu corrosif : Si la grue travaille dans un port, une usine chimique et d'autres environnements soumis au brouillard salin, à la corrosion acide et alcaline, il est nécessaire d'envisager l'utilisation d'un revêtement anticorrosion spécial ou de couronnes d'orientation en acier inoxydable.

Exigences en matière de durée de vie et de fiabilité

Les exigences du client en matière de durée de vie et de fiabilité de la grue sont la clé de ma décision quant à la qualité de la couronne d'orientation. Si le client souhaite que l'équipement fonctionne en continu à haute intensité pendant plus de dix ans, je ne peux pas recommander un produit qui ne peut être utilisé que pendant trois à cinq ans.

• Durée de vie : Cette durée est généralement mesurée par le calcul de la durée de vie en fatigue. Je choisirai le type de couronne d'orientation qui répond aux exigences de durée de vie correspondantes en fonction des attentes du client. Roulements à une rangée, à deux rangées, à trois rangées, leur capacité de charge et leur durée de vie sont différentes.
• Fiabilité : Dans certaines applications critiques, comme les grues des centrales nucléaires, la fiabilité est primordiale. À ce moment-là, je peux choisir une couronne d'orientation spéciale avec une plus grande précision, une meilleure qualité de matériau ou même une conception redondante, et les exigences du fournisseur en matière de contrôle de la qualité seront très élevées.

Évaluation des coûts et des fournisseurs

Le coût est certainement un élément important, mais il n'est en aucun cas le seul. D'après mon expérience, le simple fait de regarder le prix entraîne souvent des problèmes supplémentaires.

• Coût global : J'accorderai plus d'attention au "coût du cycle de vie complet", c'est-à-dire qu'en plus du prix d'achat, je prendrai également en compte les coûts d'installation, les coûts de maintenance, ainsi que les coûts potentiels de réparation des pannes et les pertes de temps d'immobilisation. Parfois, l'investissement initial est plus élevé, et l'investissement ultérieur permet d'économiser beaucoup d'argent.
• Qualité : Inutile de préciser. Le palier d'orientation est le "cœur" de la grue, la qualité n'est pas bonne, tout est bon à dire. Je demanderai au fournisseur de fournir une certification de qualité détaillée et un rapport d'essai.
• Assistance technique et service après-vente : Ces deux points sont souvent négligés, mais ils sont très importants. Pouvez-vous obtenir à temps des conseils techniques professionnels si vous rencontrez des problèmes en cours d'utilisation ? Les pièces de rechange et les services de réparation peuvent-ils intervenir rapidement après une panne ? Un fournisseur responsable est bien placé à cet égard.
• Des fournisseurs fiables : J'insiste sur ce point ! Il y a trop de faux roulements d'orientation et de roulements de mauvaise qualité sur le marché. Elles peuvent ressembler à s'y méprendre à des produits authentiques, mais les matériaux internes, le traitement thermique et la précision du traitement ne sont pas conformes aux normes. Une fois utilisées, leur durée de vie est fortement réduite, et elles présentent de graves défaillances catastrophiques. Je préfère passer plus de temps à examiner les qualifications, les lignes de production et la réputation du fournisseur plutôt que de prendre ce risque. Après tout, la qualité et la sécurité de l'ingénierie sont ma priorité.

Installation et mise en service : La pierre angulaire d'un fonctionnement sans problème

Nous savons tous que, quelle que soit la qualité de l'équipement, s'il n'est pas bien installé, il sera inutile. C'est particulièrement le cas du palier d'orientation, dont l'installation et le débogage sont directement liés à la précision du fonctionnement, à la sécurité et à la durée de vie de la grue.

Préparatifs

Avant de commencer l'installation, le travail de préparation ne doit pas être négligé. C'est comme si l'on construisait une maison et que l'on posait les fondations. Les fondations sont instables et la superstructure est inutile, quelle que soit sa beauté.

• Vérifier la surface d'installation : Tout d'abord, je vérifierai soigneusement la planéité et la propreté des surfaces d'installation supérieure et inférieure de la grue. Une surface inégale exercera une force inégale sur le roulement d'orientation et accélérera l'usure, tandis que des saletés peuvent se mélanger au roulement et provoquer des dommages précoces. Nous nettoyons généralement la surface à fond avec un grattoir, du papier de verre et d'autres outils, et nous vérifions la planéité à l'aide d'une jauge d'épaisseur pour nous assurer que l'erreur se situe dans la fourchette autorisée. Parfois, vous trouverez de petites bavures ou des scories de soudure, ne les sous-estimez pas, il faut les enlever une à une.
• Préparation des outils et de l'équipement : Si un travailleur veut faire du bon travail, il doit d'abord aiguiser ses outils. Des outils de levage adaptés, des clés dynamométriques, des niveaux à bulle, des palpeurs, des pistolets de graissage, etc. sont nécessaires. Nous vérifierons également au préalable si ces outils sont en bon état et si leur précision est conforme aux normes, en particulier la clé dynamométrique, qui doit être calibrée avant de pouvoir être utilisée.

Des étapes d'installation précises

L'étape suivante consiste à installer le noyau de la couronne d'orientation. Ce processus nécessite une opération minutieuse, une seule étape ne peut pas être erronée.

• Levage et positionnement : Hisser soigneusement la couronne d'orientation en place pour s'assurer que son centre est aligné avec le centre de l'hôte. Cette opération nécessite la coopération de maîtres de levage expérimentés, et il peut parfois être nécessaire de procéder à plusieurs ajustements. Après le positionnement, nous utiliserons des boulons temporaires pour le fixer initialement afin d'éviter qu'il ne bouge.
• Pré-serrage des boulons : Cette étape est cruciale. En général, nous pré-serrons tous les boulons conformément aux exigences du dessin, mais nous ne les serrons pas tous en même temps. Ce processus doit être effectué par étapes, généralement à 30% du couple spécifié, puis à 50%, et enfin à 100. Plus important encore, il est nécessaire d'utiliser une fixation en diagonale. Par exemple, s'il y a 8 boulons, nous ne suivrons pas 1 tour, mais nous croiserons et tordrons 1-5, 2-6, 3-7, 4-8. Pourquoi faire cela ? Parce que cela permet d'uniformiser au maximum la force du roulement d'orientation et d'éviter les déformations dues à la concentration locale des contraintes. J'ai vu de nombreux cas de bruits anormaux ou même de fissures sur les roulements d'orientation après un certain temps de fonctionnement, en raison d'un serrage incorrect des boulons. La leçon est très profonde.
• Couple de serrage final : Une fois le pré-serrage terminé, il est serré selon les exigences de couple finales. Cela nécessite l'utilisation d'une clé dynamométrique calibrée pour s'assurer que le couple de serrage de chaque boulon est conforme à la valeur standard. Une fois de plus, l'importance des diagonales et du phasage est soulignée. Il s'agit d'une opération de niveau manuel et d'une directive que nos ingénieurs doivent suivre à la lettre.
• Réglage du jeu d'engrènement : le réglage du jeu d'engrènement est également une étape clé si la couronne d'orientation est équipée d'engrenages. Nous devons nous assurer que l'engrenage s'engrène uniformément, sans blocage, et que le jeu se situe dans la plage spécifiée. Un jeu trop important peut entraîner des chocs et du bruit, un jeu trop faible peut entraîner un blocage de l'engrenage ou une usure accrue. Pour ce faire, il faut généralement ajuster la position d'installation du réducteur rotatif, et nous utiliserons la jauge d'épaisseur pour effectuer des mesures répétées jusqu'à ce que la meilleure condition soit atteinte.

Lubrification et étanchéité

La lubrification et l'étanchéité sont le secret de la longévité de la couronne d'orientation.

• Choisir le bon lubrifiant : Le choix du type de graisse est une question importante, qui dépend de la température de l'environnement de travail de la grue, de la taille de la charge, de la vitesse et d'autres facteurs. Par exemple, les grues travaillant dans des environnements à basse température doivent choisir une graisse ayant de bonnes performances à basse température ; les grues à usage intensif doivent choisir une graisse ayant de meilleures performances en cas de pression extrême. Nous nous référons généralement aux recommandations du fabricant de la couronne d'orientation et combinons notre expérience pratique pour faire notre choix.
• Premier graissage et graissage régulier : Une fois l'installation terminée, n'oubliez pas de procéder à la première lubrification et d'ajouter la quantité de graisse spécifiée. Je me souviens d'une fois où un petit apprenti avait oublié de lubrifier pour la première fois. En conséquence, l'équipement n'a pas fonctionné longtemps avant qu'il n'entende un bruit de frottement brutal, ce qui a failli provoquer un grave accident. En outre, une maintenance régulière de la lubrification est également essentielle. Nous utiliserons la fréquence et l'environnement, développerons un cycle de lubrification détaillé et une quantité de remplissage, et mettrons en œuvre de manière stricte.
• Importance de la bague d'étanchéité : le rôle de la bague d'étanchéité est d'éviter les pertes de graisse et les poussières extérieures, l'humidité. Lors de l'installation, il faut vérifier si la bague d'étanchéité est en bon état et si elle n'est pas endommagée. Je dis souvent que la bague d'étanchéité est comme la "peau" du roulement. Si la peau est endommagée, les organes internes le seront également.

Inspection initiale de fonctionnement

Après l'installation et la mise en service, il ne peut pas être utilisé immédiatement, et une inspection initiale est nécessaire.

• Inspection des sons anormaux : laissez la grue fonctionner à vide et écoutez attentivement si un bruit anormal se fait entendre au niveau du roulement d'orientation, tel qu'un bruit de frottement, un bruit d'impact, etc. Tout bruit anormal peut être le signe d'un problème.
• Contrôle de la température : vérifier la température de fonctionnement de la couronne d'orientation à l'aide d'un thermomètre afin d'observer s'il y a surchauffe. Si la température locale est trop élevée, cela peut signifier une mauvaise lubrification ou une erreur d'installation.
• Stabilité de la rotation : la grue est observée dans le processus de rotation est stable, s'il y a des blocages, de l'instabilité. La régularité de la rotation est une manifestation directe de l'installation correcte de la couronne d'orientation.

Maintenance et diagnostic des défauts : La clé pour prolonger la durée de vie des paliers d'orientation

Nous disons souvent : "trois points pour le produit, sept points pour la maintenance". Cette phrase se reflète dans le corps du roulement d'orientation de manière incisive et vivante. J'ai traité de nombreux cas. La plupart du temps, l'apparition de défauts n'est pas due à un problème de qualité du produit, mais à un manque ou à une mauvaise maintenance quotidienne.

Inspection de routine et entretien régulier :

Permettez-moi de dire que des contrôles ponctuels quotidiens et un entretien régulier sont le meilleur moyen de "renouveler la vie" des roulements d'orientation.

• Contrôle du couple de serrage des boulons (anti-desserrage): C'est la priorité absolue ! La couronne d'orientation est fixée aux structures supérieure et inférieure par des boulons. Si les boulons sont desserrés, cela provoquera non seulement un bruit anormal, mais aussi la chute du palier, ce qui constitue un accident de sécurité. Je suggère généralement à l'opérateur de procéder à un contrôle visuel quotidien avant l'opération, et de vérifier régulièrement la zone du boulon clé à l'aide d'une clé dynamométrique. Ne sous-estimez pas cette étape, elle peut vous éviter bien des ennuis.
• Réapprovisionnement en graisse (cycle, dosage)La graisse : la lubrification est le "sang" du palier d'orientation ". Le type, le cycle de remplissage et le dosage de la graisse sont soumis à des exigences strictes. J'ai l'habitude de faire des recommandations basées sur l'environnement de travail et la fréquence de la grue. Par exemple, dans les environnements poussiéreux ou humides, le cycle de lubrification peut être raccourci. Lors du remplissage, veillez à verser la graisse uniformément dans le chemin de roulement et l'engrenage, jusqu'à ce que la bague d'étanchéité présente un débordement de graisse fraîche, ce qui indique que la lubrification est en place.
• Scellement de l'inspection d'État: La bague d'étanchéité est la "peau" de la couronne d'orientation, qui peut empêcher la poussière et l'humidité de pénétrer à l'intérieur, et peut également éviter la perte de graisse. Si la bague d'étanchéité est vieillissante ou endommagée, elle doit être remplacée à temps. Une petite bague d'étanchéité peut jouer un rôle important, ne la prenez pas au sérieux.
• Surveillance des bruits anormaux, des vibrations et de l'augmentation de la températureIl s'agit de la "santé" du baromètre des roulements d'orientation. Lorsque je travaille sur une grue, je m'approche souvent de l'aire de rotation pour entendre s'il y a un frottement ou un cliquetis anormal. Touchez votre main et sentez si la température est trop élevée. Bien entendu, un appareil de mesure des vibrations et un thermomètre infrarouge professionnels fournissent des données plus précises, qui constituent une base importante pour juger d'une défaillance précoce.

Analyse des modes de défaillance et des causes communes :

Le mode de défaillance des couronnes d'orientation est relativement concentré, mais les raisons peuvent être variées.

• Usure (engrenages, chemins de roulement), fatigue, écaillage, fissuration, déformation sont des dommages mécaniques courants. L'usure des engrenages est principalement liée à une mauvaise lubrification ou à un jeu d'engrènement inapproprié ; l'écaillage dû à la fatigue des chemins de roulement est généralement causé par une surcharge, une charge d'impact ou une fatigue des matériaux ; la fissuration et la déformation peuvent résulter d'une surcharge sévère, de contraintes d'installation ou de défauts de fabrication.
• Mauvaise lubrification, mauvaise installation, surcharge, facteurs environnementaux sont les principales causes "en coulisse" des défaillances susmentionnées. Une mauvaise lubrification est comme une ischémie humaine, et sa fonction sera considérablement réduite ; une mauvaise installation produira une concentration de stress supplémentaire ; une surcharge à long terme rendra tout composant "insupportable" ; et des environnements difficiles (tels que des gaz corrosifs, des températures élevées et une forte humidité) accéléreront son vieillissement et sa détérioration.