L'un des équipements les plus critiques d'une aciérie est la grue de poche, mais trop d'opérateurs d'aciéries n'accordent pas suffisamment d'attention à la conception et à l'approvisionnement de la grue. Une sélection correcte des matériaux, des composants et des spécifications des grues est cruciale pour garantir des niveaux élevés de productivité et un atelier de fabrication d'acier efficace.
Cependant, lors du processus d'achat, l'accent est mis davantage sur les équipements lourds tels que les turbines, les chaudières et, dans une certaine mesure, les pompes et les vannes, tandis que les grues de poche sont négligées. Les décisions d'achat de grues de poche sont prises à la hâte, avec peu de réflexion scientifique, de sorte que les spécifications techniques ne répondent qu'approximativement aux exigences de l'application.
De plus, les contraintes budgétaires aggravent souvent la situation. Étant donné que les grues de poche sont généralement achetées après le fondeur, l'atelier sidérurgique et le four d'une usine, il reste peu d'argent pour l'achat, ce qui limite les spécifications appropriées des grues.
Pour garantir une mise en service, un approvisionnement, une conception, une fabrication et une installation efficaces et correctes des grues de poche, la collaboration entre le fabricant et le client est cruciale.
Pour les petites usines, le prix est toujours un facteur important dans le processus d'approvisionnement et le financement total pour l'expansion doit être soigneusement équilibré.
Cependant, la réduction des coûts à ce stade est susceptible d'avoir un effet d'entraînement-sur la productivité de l'usine dans les années à venir, que ce soit par le biais de réparations et d'entretiens plus nombreux et plus fréquents que nécessaire, ou par un cycle de vie raccourci en raison de son inadaptation à la tâche à accomplir.
À long terme, qu'il s'agisse d'un laminoir de 3 millions de tonnes ou d'un laminoir de 5 millions de tonnes, une grue est nécessaire. Si une usine veut garantir le plus haut niveau d’efficacité, le prix ne peut pas être le facteur déterminant dans le processus d’achat.
Normes de conception pour les grues de poche
Il y a plusieurs concepts à considérer lors de la sélection d’une grue de poche. L'Inde adopte l'IS-4137, tandis que les marchés internationaux recommandent les normes FEM et CMAA. La norme FEM présente des avantages évidents puisqu’elle réduit la taille des roues tout en optimisant la taille du crochet. Parmi toutes les normes disponibles pour la conception des grues de poche, la FEM est la norme la plus appropriée pour plusieurs raisons.
Premièrement, étant donné que les calculs de charge sur les roues des grues n'utilisent pas de charges moyennes, l'optimisation des roues est en réalité possible. Cette norme de conception permet des comparaisons précises des dimensions des roues et des rails.
En plus de conseils détaillés sur la façon de vérifier la fatigue et de sélectionner avec précision les câbles et les tambours de câble, la classification de chaque mécanisme disponible est clairement expliquée, permettant aux équipes de conception de bien comprendre les différentes options qui s'offrent à elles.
En ce qui concerne les grues de poche pour les aciéries de 3 ou 5 millions de tonnes, cinq domaines importants doivent être pris en compte lors de la conception de la grue.
Le premier, et sans doute le plus important, est le système d’entraînement. La plupart des aciéries modernes utilisent des entraînements à tension variable et à fréquence variable (VVVF) au lieu du concept traditionnel de moteur à bague collectrice.
Les moteurs seront des moteurs à cage d'écureuil AC standard ne nécessitant aucun entretien, tandis que l'absence de contacteurs de rotor et de câbles de rotor signifie moins de complexité.
Pour réduire davantage le nombre de complexités, une protection contre les surcharges, une protection contre les sous-tensions et un fonctionnement marche/arrêt sont intégrés-, de sorte que des contacteurs externes et des relais de protection ne sont pas nécessaires.
La vitesse variable en continu de la vitesse minimale à la vitesse maximale signifie également que n'importe quel réglage de vitesse est possible, même des micro-vitesses comprises entre 5 % et 100 % sans nécessiter de matériel supplémentaire et permettant un mouvement fluide.
Un autre aspect de la conception des grues de poche qui peut réduire les opérations saccadées est la réduction du courant de démarrage. Le courant de démarrage-est inférieur au démarrage traditionnel-en-ligne (DOL), ce qui améliore le fonctionnement et économise la consommation d'énergie.
Des fonctionnalités telles que le freinage électrique réduisent l'usure des mâchoires et des garnitures de frein par rapport au simple freinage mécanique, ce qui signifie moins de fatigue mécanique sur les composants de la grue, prolongeant ainsi le cycle de vie de ses composants mécaniques.
D'autres fonctionnalités telles que la fonctionnalité de contrôle tandem avec un bon contrôle du régime, ainsi que des options de retour pour faciliter le contrôle tandem, l'affichage des paramètres et l'affichage de diagnostic sur l'écran LCD, peuvent également être utilisées lorsque la grue est en ligne, réduisant ainsi les temps d'arrêt. Passant au deuxième point à noter dans la conception des grues de poche, les freins à sécurité intégrée -doivent toujours être importés de fournisseurs réputés. Bien que les freins nationaux fonctionnent bien, lorsque les considérations de sécurité sont remises en question, les freins fabriqués par Sime ou Sibre sont souvent préférés en Inde. Cependant, les freins indigènes fabriqués par Galvi sont idéaux pour les grues de poche.
Des câbles métalliques d'une résistance et d'une construction suffisantes doivent être utilisés pour résister au fonctionnement rigoureux d'une grue de poche. Anupam utilise un câble en acier d'une résistance de 2160n/mm2 pour obtenir une bonne efficacité de fonctionnement. En Inde, les câbles métalliques Usha Martin sont recommandés.
Pendant le fonctionnement, des contraintes peuvent se développer dans les broches d'assemblage du câble métallique et du jeu de crochets, ce qui peut entraîner une défaillance prématurée de la grue. Anupam utilise une meilleure composition de matériaux de la série EN et est utilisé comme broche pour l'assemblage du bloc à crochets pour résister aux contraintes.
Les roues sont un élément important pour la longévité et le bon fonctionnement d’une grue de poche. De nombreux clients exigent généralement une dureté plus élevée, d'environ 400 BHN ou 58/RC, pour résister à l'usure qui se produit pendant le fonctionnement. Un autre aspect important est l'utilisation du matériau EN-28, qui augmente la longévité et la résistance des roues, les aidant à résister aux charges d'impact pour un fonctionnement continu et fluide. Cependant, les matériaux EN-28 sont rares.
Plus couramment, le matériau C55Mn75 ou SAE5160 d'une dureté de 250 à 280 BHN est utilisé pour une bonne santé sur les grues de poche et il n'y a rien de mal à cela. Mais pour les grues à poche de plus grande taille, de 400 t et plus, le caractère critique de l'opération est très strict, il est donc fortement recommandé d'utiliser des matériaux EN-28.
La cinématique compte
Aujourd'hui, il existe un débat en cours dans le domaine de la cinématique, certains favorisant deux cinématiques motrices tandis que d'autres préfèrent quatre cinématiques motrices. Il n'y a aucun problème avec aucune des deux approches, mais l'utilisation de quatre-cinématiques de moteur pour le palan principal présente des avantages significatifs. Dans un système à quatre-moteurs, quatre moteurs sont entraînés par deux boîtes de vitesses avec un système de boîte de vitesses planétaire intégré-, au lieu de deux moteurs entraînés par une seule boîte de vitesses. Les tambours à câble sont reliés mécaniquement via de grands engrenages pour synchroniser les mouvements du tambour. Cela signifie que la sélection de moteurs s'inscrit dans la catégorie de taille standard, ce qui réduit la maintenance et le coût initial des moteurs par rapport à un agencement conventionnel à deux-moteurs.
Chaque fois qu'une puissance accrue est requise, la configuration traditionnelle à deux-moteurs entraînera des tailles de moteur non-non standard et une seule boîte de vitesses nécessitant de grands engrenages planétaires à entrée standard, ce qui augmente considérablement les coûts associés à leur taille.
En cas de panne du moteur d'une grue, un système à quatre-moteurs offre des avantages supplémentaires qu'un système à deux-moteurs ne possède pas, comme la possibilité de continuer à faire fonctionner la grue à mi-vitesse avec les deux autres moteurs, même à 100 % de charge. Systèmes à deux-vitesses Le fonctionnement doit être arrêté. Cela évite les problèmes lors de la réduction de la charge.
De plus, en cas de panne impliquant le pignon d'entrée de la boîte de vitesses du palan principal, un système à quatre-moteurs permet à la grue de continuer à fonctionner de la même manière, tandis qu'un système à deux-moteurs manque de redondance et ne verra qu'un freinage d'urgence activé-, nécessitant une maintenance en cas de panne pour reprendre les opérations.
En fait, même les différences dans la disposition du freinage d'urgence de chaque système peuvent avoir un impact significatif sur la taille du palan et ses performances en matière de sécurité.
Pour les systèmes à double moteur, un ensemble de freins à disque d'urgence est généralement installé sur chaque tambour de câble, ainsi qu'une protection appropriée contre la survitesse. Cependant, une défaillance mécanique dans n’importe quelle partie du système d’entraînement entre le moteur et le tambour entraînera initialement la chute libre de la charge. Lorsqu'une telle défaillance mécanique se produit, la vitesse de la charge dépassera la vitesse maximale nominale, ce qui nécessitera l'application immédiate d'un freinage d'urgence pour maintenir la charge. Lors du relâchement de la charge depuis n'importe quelle hauteur, la chute de la charge générera des vitesses et des couples très élevés, et dans ce cas un freinage d'urgence créera un choc supplémentaire.
De tels impacts inhabituels endommagent souvent la structure principale de la grue, en particulier le col du support d'extrémité entre les rails et les roues, qui peut être cisaillé. De plus, un espace supplémentaire était nécessaire pour accueillir le frein à disque d'urgence sur la bride du tambour à câble, ce qui nécessitait plus d'espace pour la méthode à crochet et plus d'espace libre.
En revanche, une défaillance mécanique entraînant la même condition de survitesse sur un système à quatre -moteurs peut être détectée par un encodeur monté sur l'arbre du moteur ou par un interrupteur de fin de course monté sur l'arbre du tambour. Dans ce cas, l'alimentation électrique est immédiatement coupée par un ou deux appareils, et le frein de service sur l'arbre d'entrée agit immédiatement pour retenir la charge.
De plus, il existe plusieurs freins de service redondants sur l'arbre du pignon d'entrée, de sorte que même si l'un des freins tombe en panne, l'autre maintiendra la charge totale et arrêtera la chute libre. Par conséquent, dans ce système, il n’y a en aucun cas de chute libre.
Le tambour à câble du système à quatre-moteurs est relié mécaniquement via une couronne dentée, avec un arbre séparé du côté entrée de la boîte de vitesses connecté directement à l'engrenage de sortie via un train d'engrenages intégré-. Le frein de service est monté sur l'arbre d'entrée et fait office de frein d'urgence dans ce système.
Le frein d'urgence et de service est connecté en parallèle au moteur MH via un encodeur monté sur le moteur du palan. Par conséquent, un frein à disque d’urgence n’est pas nécessaire sur le tambour à câble et un accès et un dégagement réduits au crochet ne sont plus nécessaires.
En résumé, certains des avantages les plus évidents des cinématiques à quatre-moteurs par rapport à deux-cinématiques de moteur concernent la sécurité.
Le système à deux-moteurs repose sur un entretien minutieux et fréquent du frein à disque d'urgence pour assurer une sécurité adéquate, car il ne fonctionne qu'en cas de panne mécanique et doit donc garantir le premier fonctionnement même après de longues périodes d'inactivité. Puisqu'il n'y a pas de fonction de freinage redondante, il n'est pas sûr à 100 %.
Cependant, grâce au système à quatre moteurs, le frein de service et le train d'engrenages du tambour à câble facilitent l'action de freinage électromécanique standard en cas de défaillance mécanique du système d'entraînement entre le moteur et le tambour à câble.
La redondance intégrée rend le système 100 % sûr-et même sans frein à disque d'urgence sur le tambour de câble, il n'y a aucune chute libre en aucune circonstance.
La conception structurelle et mécanique de ce type de grue à poche extra-pour charges lourdes-adopte des technologies telles que le calcul de fatigue, l'analyse par éléments finis et l'élimination des résonances. Il comporte moins de pièces de rechange et une complexité de maintenance moindre.
