Terminologie de conception des grues : Guide du débutant sur les termes essentiels

La terminologie de conception des grues est essentielle à la lecture des plans techniques, à la réalisation des calculs de conception et à la communication des propositions techniques. Ce guide présente les termes courants relatifs aux paramètres des grues, aux classes de service, aux structures métalliques, aux charges et aux indicateurs de performance.

Terminologie clé de conception des grues : paramètres et classes de service

Les paramètres du mécanisme de la grue décrivent ses performances opérationnelles et servent de base à sa conception et au choix de l'équipement. La classe de service d'une grue prend en compte l'utilisation de sa capacité de levage et du temps de fonctionnement, ainsi que le nombre de cycles de travail.

1. Capacité de levage nominale Gn

La capacité de levage nominale correspond au poids total de la charge ou du matériau qu'une grue peut soulever, y compris les dispositifs de levage amovibles (à l'exclusion des écarteurs de conteneurs) ou les accessoires tels que les grappins, les dispositifs de levage électromagnétiques et les poutres de levage. Pour les grues à rayon d'action variable, comme les grues à tour, les grues sur camion et les portiques, la capacité de levage nominale varie en fonction du rayon d'action. La capacité de levage nominale est la capacité maximale admissible dans des conditions de travail sûres au rayon d'action minimal.

Dans le langage courant, « capacité de levage » désigne généralement la capacité de levage nominale.

Afin de faciliter la production en série et la normalisation, une norme de capacité nominale a été établie (tableau 1-1). La source cite la norme GB783-87 et indique le t comme unité de mesure. Pour les appareils de levage de conception nouvelle, la capacité de levage nominale de la grue et du mécanisme de levage auxiliaire doit être conforme aux valeurs de la norme. Les équipements aux performances particulières doivent également être conformes à ces valeurs, ou s'en approcher le plus possible.

2. Portée S

Pour un pont roulant, la portée correspond à la distance horizontale entre les axes des rails de translation du pont. Elle est notée S, bien que L ait été couramment utilisé par le passé, et se mesure en mètres (m). Les portées des ponts roulants électriques sont normalisées (voir tableau 1-2). La figure 1-1 illustre la portée d'un pont roulant. Celle-ci dépend de la portée du bâtiment Sc ; dans la norme, l'incrément est généralement de 3 m.

La figure 1-1 comprend (a) la portée de la grue et (b) la portée d'une grue à deux rails.

3. Jauge K

L'écartement, également appelé voie de roulement, est défini comme suit :

• Pour un tramway, il s'agit de la distance entre les axes des rails.
• Pour une grue à flèche, il s'agit de la distance entre les axes des rails ou entre les axes des roues de roulement.

4. Empattement B

L'empattement, aussi appelé écartement des essieux, est la distance entre les axes des supports de la grue ou du chariot dans le sens longitudinal du déplacement. La mesure de l'empattement B dépend de la disposition des roues porteuses.

5. Hauteur de levage H, profondeur d'abaissement h et plage de levage D

La source définit les distances verticales pertinentes en utilisant les positions de travail les plus hautes et les plus basses de l'accessoire de levage et indique :

D = H + h

En l'absence de profondeur d'abaissement, la plage de levage D est égale à la hauteur de levage H. La hauteur de levage et la profondeur d'abaissement sont mesurées en prenant le centre de la cuvette du crochet comme point de référence. Pour les autres accessoires de levage, tels que les grappins, le point le plus bas en position fermée sert de référence.

6. Vitesses de fonctionnement du mécanisme

Les vitesses de fonctionnement du mécanisme varient en fonction du mécanisme de la grue :

• Vitesse de levage et d'abaissement Vn : la vitesse de déplacement vertical de la charge nominale en régime permanent, mesurée en m/min.
• Vitesse de déplacement des grues ou des ponts VR' : la vitesse de déplacement de la grue transportant sa charge nominale sur une surface horizontale ou un rail en régime permanent, mesurée en m/min.
• Vitesse de déplacement du chariot Vt' : la vitesse d'un chariot transportant sa charge nominale le long d'un rail horizontal en régime permanent, mesurée en m/min.

7. Charge par roue

La charge sur les roues correspond à la pression verticale maximale exercée sur les roues de la grue par le poids propre du pont, auquel s'ajoutent le poids propre du chariot et sa capacité de levage nominale lorsque celui-ci est en position limite. Elle constitue un élément essentiel pour la conception du mécanisme de translation et des rails.

8. Classe de service

La classe de service d'une grue est définie selon sa classe d'utilisation (nombre total de cycles de fonctionnement sur sa durée de vie nominale) et son état de charge. Elle indique le niveau d'exigence de son utilisation, notamment son taux d'activité au fil du temps et la fréquence à laquelle elle manipule des charges complètes.

La source classe les grues de A1 à A8. À titre indicatif, A1 à A4 correspondent aux grues légères, A5 à A6 aux grues moyennes, A7 aux grues lourdes et A8 aux grues très lourdes. Le tableau 1-4 de cette source présente des exemples de classes de grues.

Termes courants relatifs aux structures et composants métalliques des grues

1. Structure métallique de la grue

La structure métallique d'une grue, également appelée charpente métallique de grue, est une structure capable de supporter les différentes charges d'une grue. Elle se compose de plaques et de profilés en acier formés de matériaux métalliques et assemblés selon une configuration structurelle définie par soudage, rivetage, boulonnage et autres méthodes d'assemblage.

Les structures métalliques des grues se composent d'éléments porteurs, d'éléments non porteurs et de sections de liaison. Les poutres principales, les poutres d'extrémité et les jambes sont des éléments porteurs et nécessitent des calculs de résistance, de rigidité et de stabilité. Les passerelles, les garde-corps et les échelles sont des éléments non porteurs ; la source précise qu'ils ne nécessitent pas de calculs de résistance, de rigidité et de stabilité, mais que la sécurité, la facilité d'utilisation et l'ergonomie doivent être prises en compte. Les assemblages sont principalement réalisés par soudage et boulonnage, le rivetage étant désormais rarement utilisé.

2. Types typiques de structures métalliques

Les structures typiques comprennent les ponts roulants, les portiques, les tours et les flèches. Les structures métalliques des grues sont composées d'éléments, de plaques et de profilés qui constituent les éléments de base tels que les poutres principales, les poutres d'extrémité et les jambes. Différents éléments composent les structures de base des grues, comme les ponts roulants, les portiques, les tours et les flèches.

3. Termes structurels et de composants courants

• Poutre principale : L'élément porteur principal d'un pont roulant ou d'un portique, supportant la charge à soulever.
• Jambe: Un élément de soutien d'une grue à portique ou d'une grue sur camion qui contribue à maintenir la stabilité opérationnelle globale.
• Foc: Un bras fixe ou télescopique sur une grue à flèche, utilisé pour lever des charges et ajuster le rayon de travail.
• Mécanisme de levage : Le mécanisme qui lève et abaisse les charges verticalement, composé d'un moteur, d'une boîte de vitesses, d'un tambour, d'un frein, d'un crochet et d'autres composants.
• Mécanisme de déplacement : Le mécanisme qui déplace la grue ou le chariot complet ; il peut être monté sur rails ou non.
• Mécanisme de rotation : Le mécanisme qui permet de faire pivoter une flèche autour d'un axe vertical, couramment utilisé sur les grues sur camion, les grues sur chenilles et les grues à tour.
• Frein: Dispositif de freinage utilisé pour l'arrêt, la limitation de vitesse et le maintien en toute sécurité.
• Interrupteur de fin de course : Un dispositif de sécurité qui limite la hauteur de levage, la distance de déplacement ou l'angle de rotation afin d'éviter tout dépassement.
• Limiteur de surcharge : Un dispositif de sécurité qui coupe automatiquement la force de levage lorsque la charge soulevée dépasse la valeur nominale.

Termes de charge et de force

1. Charges régulières

Des charges régulières surviennent fréquemment lors du fonctionnement normal d'une grue. Il s'agit notamment des charges gravitationnelles, des charges d'inertie générées par l'accélération ou la décélération lors des manœuvres de conduite ou de freinage, et des charges dues au déplacement ou à la déformation de la structure métallique de la grue. Ces charges doivent être prises en compte lors du calcul et de la vérification de la résistance à la rupture, de l'instabilité élastique et de la rupture par fatigue.

Les chargements réguliers comprennent :

• Poids propre PG : La force gravitationnelle de la structure en acier de la grue, de ses mécanismes, de ses équipements électriques et des autres masses.
• Charge de levage nominale PQ : La force gravitationnelle exercée sur la masse totale soulevée lors du levage à la capacité nominale. Lorsque la capacité de levage est importante, il convient d'inclure le poids de l'accessoire de levage et du câble.
• Charge inertielle de déplacement horizontal PH : La force d'inertie horizontale produite par la masse propre de la grue ou du chariot et la masse soulevée lors d'un déplacement longitudinal ou transversal et lors d'une accélération ou d'un freinage dans un plan horizontal.

2. Charges accidentelles

Les charges accidentelles sont des charges qui ne surviennent pas fréquemment en fonctionnement normal, mais qui peuvent se produire occasionnellement. Elles comprennent principalement les types suivants :

• Charge latérale horizontale due à l'inclinaison Ps : Une charge causée par la réaction de guidage au niveau d'un dispositif de guidage, tel qu'une bride de roue ou une roue de guidage horizontale, lorsque la grue ou le chariot se déforme lors d'un déplacement longitudinal ou transversal.
• Charge de pente Pp : La résistance rencontrée lorsque la grue ou le chariot se déplace en montée sur son rail de roulement. L'expression « sur son rail de roulement » semble contenir une erreur et nécessite une vérification technique.
• Charge de vent en service Pw : La force maximale du vent qu'une grue extérieure doit pouvoir supporter en fonctionnement. La source mentionne également les charges dues à la glace, à la neige et aux variations de température.

3. Charges spéciales

Les charges spéciales sont des charges qui surviennent dans des conditions exceptionnelles, lorsque la grue ne fonctionne pas normalement ou est hors service. Elles comprennent principalement les types suivants :

• Charge de collision PC : Une charge générée lors de la collision de deux grues adjacentes sur le même rail, ou lorsqu'une grue entre en collision avec un butoir en bout de rail.
• Charge de renversement horizontale Psl : Par exemple, dans un pont roulant, un objet ou un dispositif de manutention de charge se déplaçant à l'intérieur d'un cadre de guidage de levage rigide, ou à l'extrémité inférieure du cadre de guidage rigide, peut entrer en collision avec un obstacle et générer une force horizontale qui tend à renverser le pont roulant ou le chariot.
• Charge sismique PE : Une charge provoquée par un tremblement de terre et agissant sur une grue de type palan.
• Charge due au vent hors service : La force maximale du vent que la grue peut supporter lorsqu'elle est hors service, mesurée en N.

D'autres charges peuvent survenir dans des situations spécifiques, telles que les charges de processus. Charge de fatigue Il s'agit d'une charge cyclique alternée subie par la structure lors du fonctionnement répété de la grue et qui affecte la durée de vie de l'équipement.

Termes indicateurs de performance

• Résistance, y compris la vérification de la résistance à la fatigue : La résistance est la capacité d'un élément à résister à la rupture sous l'effet de forces extérieures. Elle comprend la résistance à la traction et à la compression, la résistance à la flexion, la résistance au cisaillement et la résistance à l'écrasement.
• Rigidité: La capacité à limiter la déformation d'un élément sous l'effet de forces extérieures. Elle comprend la rigidité statique dans les directions verticale et horizontale, ainsi que la rigidité dynamique liée à l'utilisation.
• Stabilité: La capacité à résister à la perte de stabilité sous l'effet de forces extérieures. Elle comprend la résistance globale au renversement, la stabilité globale des éléments et la stabilité locale.
• Facteur de sécurité: La marge de sécurité prévue lors de la conception, définie ici comme le rapport entre la capacité portante de la structure et la charge réelle, doit respecter les exigences des codes applicables.
• Stress admissible : La valeur de contrainte maximale que le code applicable autorise le matériau de structure à supporter.

Résumé

Ces termes sont fondamentaux et fréquemment utilisés dans la conception des grues. Ils servent à la préparation des plans, au calcul des paramètres, aux discussions techniques et à l'étude approfondie de la conception structurelle et de l'application des normes.

Cindy

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