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Utilisation et soin des câbles d’acier

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Quelques informations que tout utilisateur devrait connaître au sujet des soins et utilisations des câbles d’acier.
Ce qui suit souligne l’information de base requise pour l’utilisation de câbles d’acier en toute sécurité.

  1. Le câble d’acier FAIRE DÉFAUT S’IL EST USE, SURCHARCHE, MAL UTILISE, ENDOMMAGE ou MAL ENTRETENU.
  2. Lorsqu’en service, le câble d’acier perd de la force et de la capacité de travail. Tout abus ou mauvaise utilisation augmente le taux de perte.
  3. La FORCE DE RUPTURE MINIMALE du câble d’acier s’applique SEULEMENT à UN NOUVEAU câble NON UTILISÉ.
  4. La force de rupture minimale doit être considérée la ligne de traction droite avec les deux extrémités du câble fixées afin d’éviter toute rotation, ce qui EN FAIT CASSERA un câble NON ENCORE UTILISÉ. La force de rupture minimale d’un câble NE DOIT JAMAIS ETRE UTILISEE COMME SA CHARGE DE TRAVAIL.
  5. Pour déterminer la charge de travail d’un câble d’acier la force de rupture MINIMALE ou NOMINALE DOIT ÊTRE RÉDUITE par LE FACTEUR DE CONCEPTION précédemment appelé le facteur de sécurité. Le Facteur de conception va varier d’après le type de machine, l’installation et le travail entrepris. VOUS devez déterminer le Facteur de conception pour votre utilisation spécifique.

    Par exemple, un Facteur de Conception de « 5 » signifie que la force de rupture minimale ou nominale du câble d’acier doit être DIVISÉE PAR CINQ pour déterminer la charge maximale pouvant être appliquée au système de câble.

    Les facteurs de conception ont été établis par ISO, OSHA, ANSI, ASME ainsi que d’autres organismes gouvernementaux et industriels.

    Aucun câble d’acier ne devrait être installé sans bien connaître et considérer le Facteur de Conception pour l’utilisation en question.

  6. UN CÂBLE D’ACIER S’USE. La force d’un câble d’acier augmente légèrement après la période d’initiation du câble, mais va diminuer avec le temps. Lorsque le câble approche de la limite de sa durée de vie, la force de rupture va fortement diminuer. N’évaluez jamais la fatigue d’un câble d’acier en n’examinant qu’une portion du câble. Une inspection en profondeur doit faire partie de ces évaluations.
  7. NE surchargez JAMAIS un câble d’acier. Cela signifie NE JAMAIS utiliser un câble lorsque la charge appliquée est plus grande que la charge de travail obtenue en divisant la charge de rupture minimale du câble par le facteur de conception approprié.
  8. NE JAMAIS EXPOSER un câble à une « UNE CHARGE DE CHOC ». Une soudaine application de force ou de charge peut causer à la fois des dommages externes visibles (p.ex. : des cages d’oiseau) ou des dommages internes. Il n’existe pas de façon pratique d’estimer la force d’une charge de choc. Le relâchement soudain d’une charge peut également endommager le câble d’acier.
  9. Lors de la fabrication d’un câble, un lubrifiant est appliqué sur les fils et les torons d’un câble d’acier. Ce lubrifiant se déteriore lorsque le câble est en service et doit être remplacé périodiquement.
  10. Des INSPECTIONS régulières et périodiques du câble d’acier, ainsi que le maintien de RAPPORTS PERMANENTS SIGNÉS PAR UNE PERSONNE QUALIFIEE sont requis par OSHA et d’autres organismes pour presque toutes les installations de câbles. L’objectif de ces inspections est de déterminer si oui ou non on peut continuer d’utiliser un câble en toute sécurité. Les critères d’inspection, incluant le nombre et l’endroit des fils brisés, l’usure et l’élongation ont été établis par ISO, OSHA, ANSI, ASME ainsi que d’autres organismes.

    SI VOUS HESITEZ, REMPLACEZ LE CABLE.

    Certains critères d’inspection de câbles, poulies et tambours sont décrits plus loin dans la section Information Technique.

  11. Lorsqu’un câble a été retiré parce qu’il n’est plus approprié, IL NE PEUT PLUS ÊTRE UTILISÉ POUR D’AUTRES APPLICATIONS.
  12. Tout utilisateur de câble doit savoir que tous les types d’accessoires attachés à un câble ont un taux d’efficacité spécifique qui peut réduire la charge de travail d’un assemblage de câbles ou d’un système de câbles. Ceci doit être pris en considération lorsqu’on détermine la capacité d’un système de câbles.
  13. Quelques conditions qui peuvent mener à des problèmes dans des systèmes de câbles d’acier incluent :
    • Des poulies trop petites, usées ou ondulées peuvent causer des dommages au câble.
    • Des fils brisés signifient une perte de force.
    • Les plis endommagent les câbles d’acier de façon permanente.
    • Les facteurs environnementaux tels que des conditions corrosives ou la chaleur
      peuvent endommager un câble d’acier.
    • Un manque de lubrifiant peut sérieusement raccourcir la vie d’un câble d’acier.
    • Le contact avec un fil électrique peut endommager le câble d’acier.

     


Tiré en parti et ré-scrit du ‘WIRE ROPE AND SLING SAFETY BULLETIN’.
Certains extraits sont adaptes à nos besoirs spécifiques et ne represente pas
une version intégrate tel que publié par le ‘Comité Wire Rope Technical Board (États-Unis)’.

Durée de vie relative en service, Perte de résistance, Pourquoi des câbles multi-torons

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Courbure et résistance à la fatigue

La capacité d’un câble d’acier de supporter des répétitions de courbure sur les poulies et sur les tambours est appelée “résistance à la fatigue”. Ce terme décrit l’ultime durée de vie d’un câble basée sur la résistance mécanique a la fatigue maximale. Ce terme ne décrit PAS la capacité du câble de supporter des dommages mécaniques ou la résistance au facteur d’ecrasement du câble.

La résistance à la fatigue d’un câble ne dépend pas de la durée de travail mais bien du cycle de travail. La fatigue due à la courbure est la capacité de supporter une courbe répétitive sur les poulies et les tambours et cette capacité est reliée aux factures d’équipements suivants: le diamètre, la forme, et les dimensions des gorges des poulies et des tambours : la charge à laquelle le câble est assujetti : la vitesse de ligne : une accélération rapide et les forces de freinage: la construction du câble.

Plus le rayon de courbure s’accroît plus on peut s’attendre une longueur de vie accrue. De grands tambours et de grandes poulies vont réduire les pressions radiales du câble. Les courbures a sens inverse dans le système d’enroulement, particulièrement dans de courtes distances auront un impact négatif sur la vie du câble.


Si la chaine ou l’objet represente 2 fois le diamètre d’une elingue de câble d’acier a 6 torons (D/d 2:1) la capacite de l’elingue doit être reduite par 40 %.


Si l’objet soulevé avec une élingue de câble a au moins 25 fois le diametre du câble (D/d 25:1) aucun besoin d’adjuster la capacité de l’elingue en panier.

Perte de résistance sur poulies ou axes

La force de rupture d’un câble est déterminée au moyen d’un test standard. Par le montage d’accessoires à l’extrémité du câble , et par une traction linéaire du câble. Toutefois lorsque le câble chemine sur une surface courbée ( comme une poulie ou un axe) sa résistance en sera diminuée. L’importance de cette diminution dépendra de la sévérité de la courbure tel que décrit par le ratio D/d.

Par exemple, un câble courbe autour d’un axe de diamètre identique a son propre diamètre n’atteindra que 50 % de sa force telle qu’indiquée pendant le test standard. C’est ce qu’on appelle « efficacité de 50 % ». Même si on considère un ratio D/d de 40, il y aura une perte allant jusqu’à 5 %.

Lorsque les ratios D/d diminuent, la perte de résistance s’accroît rapidement. L’angle de courbure ne doit pas être de 180°, de 90° ou même de 45°; des angles de courbure relativement faibles peuvent entraîner des pertes considérables.

Le tableau présenté est élaboré a partir de données de test standard telles que publiées par le « Wire Rope Technical Board », est base seulement et est une moyenne pondérée de 458 tests avec axes et cosses pour des câbles de classe 6×19 et 6×37.

Pourquoi des câbles multi-toron ?

Le nombre de torons extérieurs détermine la surface de contact entre le câble et la gorge de poulie. Plus la surface de contact est grande plus les points de contact sont multipliés et les pressions de contact sont réduites.

De même les encoches latérales entre les torons et les fils sont réduites, ayant pour résultat une durée de vie prolongée.

De nombreux programmes de tests à l’université de Stuttgart en Allemagne ont prouvé de façon concluante que la fatigue relative à la courbure d’un câble d’acier est améliorée avec un nombre accru de torons extérieurs.

Sur la base de cette recherche nous avons développé le câble Python® à haute performance, le câble d’acier à 8-, 9- et 10 torons extérieurs.

Dimensions des poulies et des tambours

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Dimensions de poulie

Nous recommandons de n’utiliser que des poulies en acier ou en acier coulé. Les valeurs recommandées sont les suivantes :

Rayons de gorge (r) :
Minimum de 0.53 à 0.535 x d
Maximum 0.55 x d
Recommandé : ≈ 1 % au-delà du diamètre effectif du câble d’acier

Profondeur de gorge (h) :
Recommandé : ≈ 1.5 x d ou d x √2

Angle d’entrée de la poulie :
Pour des applications normales, utilisez une ouverture de 35° à 45°. Pour les applications avec angles de déflexion de plus de 1.5° utilisez une ouverture de 60°. Il faut éviter des angles de moins de 35°.

Dureté de la poulie :
Étant donne que la dureté des files simples dans un câble peut être d’environ 50-55 RC, la dureté de la surface de la poulie doit être de min. 35 RC, le mieux étant 40-45 RC.

Rapports D/d :
En fonction de l’équipement et de l’utilisation du câble d’acier dans les applications de levage et de traction, on suggère les ratios suivants :

CONSTRUCTION Recommandé
Minimum rapport D/d
6×19 S IWRC 34
6×26 WS IWRC 30
6×25 FW IWRC 26
6×36 WS IWRC 23
Python® Multi 20
Python® Super 8 20
Python® Power 9 26
Python® Ultra 26
8×36 18
19×7 / 18×7 34
19×19 20
Python® Compac 18 20
Python® Hoist 20
Python® Compac 35 20

Dimensions des tambours

Généralement, nous recommandons de seulement utiliser des tambours rainurés. Le câble est enroulé correctement et positivement. En fonction du rapport diamètre tambour/câble, on peut utiliser des tambours à rainures hélicoïdales pour des applications nécessitant plus de 3 couches de câbles sans usure excessive. Pour les applications de plus de 3 couches (par ex. des grues mobiles)nous recommandons la rainure « Lebus ».

Il faut toutefois se rappeler que la durée de vie d’un câble monte sur un tambour multicouche ne représente qu’une fraction de la durée de vie d’un câble monte sur un tambour monocouche à rainures hélicoïdales.

Important : Pour des applications standard, le rainurage du tambour doit être à gauche pour les câbles standard a commettage a droite.

Rayon de gorge (r) :
Minimum de 0.53 à 0.535 x d
Maximum 0.55 x d

Pas de diamètre (p) :
Le pas de diamètre doit être choisi en relation avec le rayon de la gorge. Le pas de diamètre ne peut sous aucune circonstance être inférieur aux valeurs suivantes :
• Minimum 2.065 x rayon de la gorge
• Maximum 2.18 x rayon de la gorge

Lorsqu’on applique ces valeurs a des tambours rainure à enroulement monocorde, l’angle de déflexion maximal autorise est de 4° pour les câbles d’acier réguliers. Pour les câbles antigiratoires et résistants à la rotation l’angle de déflection maximal n’est plus que de 1.5°.

Profondeur de la gorge (h) :
Minimum ≥ 0.374 x d pour les tambours à enroulement hélicoïdal.

Procédé de compactage HiPac™ et ForcePac™

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Un grand nombre de nos câbles d’acier sont fabriqués en utilisant soit un compactage de torons HiPac™ ou un sertissage compact ForcePac™. Voici les différences:

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CÂBLES STANDARDS

Les câbles standards sont “telsque tirés” et ont une circonférence externe ronde. Il s’agit bien d’un câble de type standard dans l’industrie. Utilisés pour les constructions de câble standards à usages généraux, des élingues de câble, des câbles à petits diamètres, fonctions de levage générales.

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Compactage HiPac™

Type de compactage le plus commun. Ce procédé s’applique aux torons et NON au câble. Les torons complets passent à travers une série de matrices qui compriment le toron et forcent les fils individuels à prendre une surface extérieure plate. Les avantages sont:
• une résistance accrue
• moins d’entrecroisement de fils
sur des tambours multicouches
• moins de pression de contact sur les poulies et tambours.
• réduction de l’allongement de construction
• meilleure résistance à la fatigue

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Compactage ForcePacᵀᴹ

Ce procédé est habituellement appliqué aux câbles d’acier doubles parallèles ou quand l’âme du câble est enrobée de plastique. On applique ce procédé après que le câble soit fabriqué et on comprime toute la circonférence du câble. La surface des câbles individuels est aplatie et les espaces entre les torons sont fermés.Les avantages sont:
• une résistance accrue
• scelle les torons dans des âmes enrobées de plastique
• permet des tolérances de diamètre plus serrées
• réduit l’allongement de construction des câbles à près de zéro

Force de traction et facteur de remplissage

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La force de rupture d’un câble d’acier peut être augmentée de deux façons : soit en augmentant la FORCE DE TRACTION du matériel du fils, soit en augmentant LE FACTEUR DE REMPLISSAGE du câble.

Force de traction

Les fils des câbles d’acier sont faits d’acier haut en carbone. Ces fils d’acier de carbone se présentent en grades variés. Les câbles d’acier sont généralement faits d’acier traité de très haute qualité « Extra Improved Plow Steel » (EIPS) ou de « Extra Extra Improved Plow Steel » (EEIPS) qui est plus ou moins équivalent à une force de traction du fils de 1,960N/mm² et 2,160N/mm².

Comme on peut le constater sur les tableaux la différence dans les forces du câble en augmentant la force de traction du matériel est seulement de 10 %.

Facteurs de Remplissage (Densité du câble)

Afin d’augmenter la force de rupture d’un câble d’acier il y a lieu d’augmenter le facteur de remplissage du câble.

Le facteur de remplissage mesure la coupe transversale métallique du câble et la compare à la surface limitée par le diamètre du câble. Les constructions traditionnelles de câble ne remplissent le diamètre du câble que jusqu’à environ 58 % avec de l’acier. Les câbles Python® et Compac® remplissent le diamètre du câble jusqu’à 80 % avec de l’acier. C’est une augmentation métallique d’environ 38 % ce qui se traduit par une augmentation similaire dans la force du câble.

Deux méthodes peuvent être utilisées. Sélectionner une autre CONSTRUCTION de câble ou COMPACTER le câble/les torons.

Beaucoup de câbles à haute résistance utilisent les deux méthodes à la fois.

Facteur de remplissage, de densité pour différentes constructions de câbles

Procédures de coupe et de transfert, lubrification

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Ce sont les points de croisement où les dommages peuvent de produire en premier lieu sur les câbles.
Le lubrifiant Nyrosten® N113 est spécialement conçu pour utilisation sur câbles d’acier afin d’assurer le meilleur fonctionnement de votre équipement. Ce produit est disponible chez Unirope Ltée.

Procédures de coupe et de transfert

Sur des tambours à couches multiples, les câbles d’acier vont s’user aux points de croisement d’une couche à l’autre. A ces points de croisement, le câble est soumis à une sévère abrasion et à un écrasement lorsqu’il est entraîné par-dessus les rainures formées par le câble lorsqu’il entame sa course sur la couche sous jacente. On peut facilement entendre le frottement du câble lorsque cela se produit.

Afin d’allonger la durée de vie du câble, l’action de raccourcir le câble au niveau du point d’ancrage sur le tambour d’environ 1/3 de la circonférence du tambour, va déplacer le point de croisement vers une autre section du câble. C’est maintenant au tour d’une autre section du câble, non soumise préalablement au frottement et à l’écrasement, d’assumer la charge de travail.

Lubrification

Durant la fabrication les câbles sont graissés; le type et la quantité de graisse dépendent de la taille, du type et de l’utilisation du câble pour autant qu’elle soit connue. Ce procédé de fabrication fournira au câble une bonne protection pendant une période de temps raisonnable à condition que le câble soit stocké dans des conditions appropriées et pour la première partie de son temps de travail. Toutefois il sera nécessaire de renouveler la lubrification à intervalles réguliers.

Le re-graissage d’un câble n’est pas toujours chose facile. En plus du fait que la graisse est un produit salissant en soi, un ancien lubrifiant, la saleté et d’autres particules pourraient recouvrir l’extérieur du câble au point de ne pas permettre à un nouveau lubrifiant de pénétrer le câble. Dans ce cas il s’avère nécessaire de nettoyer le câble ou d’utiliser un procédé de lubrification à haute pression qui forcera la graisse à l’intérieur du câble.

Si la surface du câble est propre, on peut également re-graisser le câble à l’aide de bombe de graisse spécialement conçue pour pénétrer le câble.

La procédure et le programme de re-lubrification dépendent en grande partie de la longueur et de la taille du câble ainsi que le type d’équipement sur lequel il est monté. Dans tous les cas, une absence de planification d’un programme de lubrification aura pour conséquence une détérioration plus rapide du câble.

Rappelez-vous que les tests ont démontré que les câbles non lubrifiés ne vont générer qu’environ 1/3 des cycles en comparaison des câbles bien lubrifiés. Les câbles Python® à âme enrobées de plastique ont l’avantage d’avoir un câble intérieur lubrifié “de façon permanente”; la lubrification est “scellée à l’intérieur”.

Inspection des poulies et tambours, Dimensions du rayon des gorges

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Inspection des poulies et des tambours

Un entretien adéquat de l’équipement sur lequel les câbles travaillent a une incidence sur leur durée de vie. Des rainures usées, un mauvais alignement des poulies et des parties usées entraînant des chocs lors d’un travail sous charge ou des vibrations excessives vont provoquer une détérioration.

Les poulies doivent être inspectées régulièrement pour détecter l’usure des gorges qui pourraient entraîner des coincements, des problèmes d’abrasion, et des formations de cages d’oiseau. Si la gorge présente des signes d’impression du câble, la poulie doit être remplacée ou ré usinée et retrempée. La même règle s’applique au tambour qui présentent les mêmes effets.

Un mauvais alignement des poulies provoquera une usure du câble ainsi que des brides de la poulie. Il faut remédier à ce problème immédiatement.

Une usure excessive des bagues de poulies peut provoquer une fatigue du câble causée par la vibration. De grands angles de déflexion vont provoquer une sévère abrasion du câble à l’enroulement sur le tambour.

De plus, le câble va cheminer sur les gorges de poulies et occasionnera des torsions qui pourraient engendrer un haut degré de toronnage et des cages d’oiseau.

Dimension du rayon des gorges

La première chose à vérifier lorsqu’on examine les poulies et les tambours est l’état des gorges (rainures). Pour vérifier la dimension, le contour et l’importance de l’usure il faut se munir d’une jauge à rayon.

On utilise généralement deux types de jauges à rayon et il est important de noter laquelle de ces deux jauges est utilisée. Elles diffèrent quant à leur pourcentage supérieur au diamètre nominal du câble.

Pour les poulies neuves ou ré-usinées et pour l’inspection de l’adéquation de nouveaux câbles, la jauge à rayon doit être de 1% supérieur à la tolérance maximale du diamètre du câble, la gorge de la poulie doit pour sa part mesurer 1% de plus que le diamètre effectif du câble qui sera installé.

Beaucoup de jauges à rayons que l’on trouve sur le marché sont appelées « No-Go » et sont fabriquées avec la tolérance nominale de plus de 1/2 de la tolérance maximale du diamètre du câble. Si vous utilisez ces jauges assurez-vous que le câble est PLUS PETIT que la jauge. Un câble qui chemine dans des gorges le moindrement sous-dimensionnées se détériore plus rapidement et pourrait développer des cages d’oiseau.

Jauges de dimension exacte + 5% en plastique et en acier inoxydable pour poulies. Disponibles chez Unirope.
Vérifiez les bagues pour instabilité, lubrification et facilite de mouvement. Câble et gorge de poulie bien ajustés. Gorge de poulie trop étroite. Gorge de poulie est creusée. Nouveau câble sera endommagé audelà de toute possibilité de réparation. Une poulie marquée par ‘l’empreinte du câble. Cette poulie endommagera le câble.

Corrosion, retrait des câbles et causes

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La corrosion, bien que difficile à évaluer est une cause de détérioration plus sérieuse que l’abrasion. En général c’est relié à un manque de lubrification. La corrosion va souvent se produire à l’intérieur avant toute évidence visible de dégâts sur la surface extérieure du câble.

C’est une des raisons pour laquelle, nous avons développé le câble PYTHON® avec une âme protégée de plastic. Le plastique protège l’âme contre la corrosion et l’usager ne doit pas s’en soucier et craindre que les dangers de corrosion puissent endommager le câble de façon soudaine et le bris du câble.

La corrosion de l’âme du câble attaque non seulement les fils métalliques mais empêche également les composantes du câble de bouger de façon souple lorsqu’il se courbe.

La rouille provoque une défaillance prématurée des fils individuels . Lorsque le câble montre plus d’une défaillance de fils près d’une terminaison il doit être enlevé immédiatement. Il faut bien maintenir la lubrification du câble afin d’éviter une corrosion anormale. Dans les conditions où une corrosion anormale pourrait se présenter il faudrait considérer les câbles en acier galvanise ou en acier inoxydable.