Une centrale à béton prêt à l'emploi de la province de Gyeonggi a dû remplacer sa chaîne de convoyeur de reprise de granulats pour la quatrième fois en 18 mois, début 2024. Chaque remplacement a été effectué avec la même spécification : une chaîne à rouleaux lourds ANSI #120, adaptée aux pignons 25T déjà installés. La chaîne présentait le pas, la charge de rupture théorique et la longueur requis. Pourtant, elle continuait de céder au bout de 4 à 5 mois au même endroit : la partie centrale du tronçon inférieur, où elle frottait directement contre les granulats fins accumulés au fond de la trémie. Le mode de défaillance était identique à chaque fois : usure des plaques des maillons extérieurs à mi-face, surface extérieure du cylindre usée à plat côté contact et grippage de plusieurs articulations dû à l'ingestion d'abrasifs. La solution n'était pas d'opter pour une chaîne à rouleaux #120 de qualité supérieure, mais de choisir une catégorie de produit conçue spécifiquement pour ces conditions de charge : une chaîne à axes avec des cylindres à surface trempée et une construction à cylindre ouvert qui libère les abrasifs piégés au lieu de les incruster dans les surfaces d'appui.
Il est nécessaire de comprendre la distinction entre chaîne à rouleaux, chaîne à goupilles et chaîne traînée — et les caractéristiques de conception spécifiques à chacune — pour faire le bon choix pour les applications de manutention de matériaux en vrac lourds.
Chaîne à goupilles : structure et justification de conception
La chaîne à goupille (ASME B29.4, ISO 1977) doit son nom à l'axe plein qui assure la liaison entre les maillons. Contrairement à une chaîne à rouleaux classique où l'axe est logé dans une bague et un rouleau, l'articulation de la chaîne à goupille utilise une barre latérale ouverte, moulée ou forgée, munie d'un crochet ou d'une fente qui reçoit le goupille du maillon adjacent sans bague de guidage.
La caractéristique essentielle qui distingue une chaîne à axes d'une chaîne à rouleaux pour le transport de matériaux en vrac réside dans la géométrie ouverte de son joint. Lorsqu'un matériau abrasif pénètre dans l'alésage d'une bague de chaîne à rouleaux standard, il se retrouve piégé entre l'axe et la surface de la bague, formant un composé abrasif qui s'use continuellement à chaque articulation. Dans une chaîne à axes, le joint ouvert permet aux particules abrasives de s'écouler librement au lieu d'être piégées ; la chaîne est ainsi partiellement autonettoyante. Cette simple différence de conception permet d'allonger considérablement la durée de vie de la chaîne dans les applications où le contact avec des particules abrasives fines est inévitable.
Séries de chaînes à pivot standard et leurs applications
| Numéro de chaîne | Pas (mm) | Diamètre de l'axe (mm) | Charge de rupture minimale (kN) | Type de lien | Application principale |
|---|---|---|---|---|---|
| Série 32 | 101.6 | 25.4 | 111.0 | Barre latérale décalée en fonte | Récupération de granulats, convoyeur à sable |
| Série 42 | 101.6 | 31.8 | 156.0 | en fonte, barre latérale plus lourde | Gravier, pierre concassée, clinker de ciment |
| Série 51 | 152.4 | 38.1 | 178.0 | fonte ou acier moulé | Les plus courants : ciment, mines, dragage de granulats |
| Série 55 (lourde) | 152.4 | 44.5 | 267.0 | Acier moulé | Granulats lourds, carrière, front de taille |
| Série 62 | 203.2 | 50.8 | 356.0 | Acier moulé lourd avec points de fixation à ergots | Terminal de vrac, minerai en gros morceaux, ferraille d'acier |
Chaîne à racleurs à barre plate : quand des racleurs et des spires sont nécessaires
Alors que la chaîne à goupilles est un élément autoporteur (le corps de la chaîne est en contact direct avec le matériau), la chaîne à raclettes à barres plates est un élément moteur qui supporte des palettes séparées — barres ou palettes en acier soudées ou boulonnées à la chaîne à intervalles réguliers. Ces palettes poussent le matériau horizontalement le long d'une rigole ou d'un bac, sans que la chaîne n'ait besoin d'être en contact direct avec le matériau.
Les chaînes traînées à barres plates utilisent l'un des deux types de chaînes comme élément d'entraînement : une chaîne à rouleaux lourde de classe ingénieur (série ASME B29.10 — voir l'article 11 de cette série) avec des plaques de fixation latérales, ou une chaîne traînée en acier soudé spécialement conçue où les barres latérales de la chaîne sont fabriquées à partir d'une épaisse plaque d'acier de construction avec les points de fixation des spires intégrés dans la fabrication.
L'espacement des spires (distance entre deux barres de spires successives) détermine l'épaisseur de la couche de matériau dans la rigole. Pour les matériaux fins (grains, fines de charbon, poudres), un espacement plus faible (0,5 à 1 fois la largeur de la rigole) assure une épaisseur uniforme. Pour les matériaux plus grossiers (gros granulats, copeaux de bois), un espacement plus large (1 à 2 fois la largeur de la rigole) réduit l'effort de traction de la chaîne par spire en permettant au matériau de s'écouler naturellement plutôt que d'être poussé comme un bouchon.
Le matériau remplit toute la section transversale de la cuve. La chaîne et les spires se déplacent lentement (0,05 à 0,2 m/s) à travers la masse de matériau. Capacité très élevée par unité de force exercée sur la chaîne. Utilisé pour : céréales, granulés, poudres, charbon fin. La force de traction de la chaîne est calculée à partir de la masse volumique apparente du matériau × section transversale de la cuve × longueur × coefficient de frottement.
Le matériau est disposé en couches entre les barres de guidage dans un bac ouvert. Les barres de guidage poussent le matériau vers l'avant. Vitesse de chaîne élevée possible (jusqu'à 0,5 m/s). Utilisé pour : granulats, copeaux de bois, déchets de démolition, matériaux en gros morceaux. La chaîne est exposée aux chocs des gros morceaux.
La chaîne frotte les racleurs directement sur la rigole ou le sol. La chaîne et les racleurs sont des éléments d'usure. La chaîne subit une forte traction due au frottement des matériaux. Ce système est utilisé pour le transport souterrain de charbon, de granulats et de minerais, là où la hauteur libre ne permet pas l'utilisation de convoyeurs à bande.
Calcul de la force de traction de la chaîne pour les convoyeurs à chaîne : la méthodologie de la charge de conception
Le calcul principal à effectuer pour la conception d'une chaîne de convoyeur à chaîne est celui de la force de traction, c'est-à-dire la force que la chaîne doit transmettre entre le pignon d'entraînement et le pignon de retour. Cette force de traction détermine la charge de rupture requise (via le coefficient de sécurité), qui détermine ensuite le choix de la série de chaînes.
F_material = ρ × A × L × g × μ_m
F_chain = m_c × L × g × (μ_c + sin θ)
F_vols = m_f × N_f × g × μ_f
F_gradient = (ρ × A × L + m_c × L) × g × sin θ
L = longueur du convoyeur (m) · g = 9,81 m/s²
μ_m = coefficient de frottement matériau-auge
m_f = masse en vol (kg) · N_f = nombre de vols
θ = angle d'inclinaison
Coefficients de frottement typiques pour la conception de convoyeurs à chaîne : matériau sur auge en acier — 0,4 à 0,6 pour les granulats secs, 0,5 à 0,7 pour le sable humide, 0,25 à 0,35 pour les céréales. Chaîne sur auge en acier — 0,1 à 0,2 avec lubrification, 0,25 à 0,35 sans lubrification. Chaîne sur revêtement plastique résistant à l’usure — 0,08 à 0,15. Ces coefficients sont des variables prépondérantes dans le calcul de la force de traction de la chaîne ; le passage d’une auge en acier à un revêtement en UHMW réduit cette force de 35 à 45 %, permettant ainsi l’utilisation d’une chaîne nettement plus petite (et moins coûteuse).
La charge de rupture requise pour la chaîne est calculée à partir de la force de traction : Charge de rupture ≥ F_total × Coefficient de sécurité. La CEMA (Conveyor Equipment Manufacturers Association) recommande un coefficient de sécurité de 6 à 8 pour les convoyeurs à chaîne pour matériaux en vrac, soit nettement plus élevé que les coefficients de 3 à 5 utilisés pour les chaînes à rouleaux de transmission de puissance standard. Ce coefficient plus élevé tient compte des chocs et des impacts dus aux agrégats entrant dans le convoyeur, qui peuvent générer des forces de pointe instantanées 2 à 4 fois supérieures à la force de traction en régime permanent. Pour les granulats dont la taille maximale dépasse 50 mm, un coefficient d’impact de 1,5 à 2,0 doit être appliqué à F_material avant multiplication par le coefficient de sécurité.
Évaluation de l'usure et gestion de la durée de vie des chaînes porte-matériaux et porte-matériaux
L'évaluation standard de l'usure des chaînes à rouleaux (mesure de l'allongement axe-bague) s'applique aux chaînes de classe ingénieur utilisées comme éléments d'entraînement de convoyeurs à chaîne. Pour les chaînes à axes, la mesure d'usure principale est différente : l'axe reposant directement sur le côté du maillon moulé, la mesure d'usure correspond à la réduction du diamètre de l'axe et non à l'allongement du pas du maillon. La norme ASME B29.4 recommande le remplacement des chaînes à axes lorsque le diamètre de l'axe a diminué de plus de 10 µT/3 T par rapport au diamètre initial, quel que soit le point de mesure sur la longueur de la chaîne.
Mesurez le diamètre de l'axe à l'aide d'un pied à coulisse extérieur en trois points le long de chaque axe : au milieu et aux deux extrémités, à moins de 10 mm de l'alésage du galet. L'usure au milieu indique un contact avec l'alésage du galet pendant le fonctionnement. L'usure aux extrémités indique un défaut d'alignement entre les deux alésages des galets dans les maillons adjacents, signe de torsion ou de charge latérale dans la chaîne. Si l'usure aux extrémités dépasse l'usure au milieu, la chaîne subit des charges latérales non prévues par sa conception ; vérifiez l'alignement de la gorge, le biais du pignon et le frottement des spires sur les parois de la gorge.
Pour les chaînes de convoyeurs à chaîne avec barreaux, l'usure de ces derniers doit être évaluée séparément de celle de la chaîne. Les barreaux frottent directement sur le revêtement de la goulotte et s'usent par le dessous ; l'usure de leur face inférieure est visible et mesurable. Remplacez les barreaux lorsque leur face inférieure est usée de plus de 50 µt³ de la hauteur initiale, ou lorsque le profil du bord de fuite est tellement érodé que le matériau roule sur la barre au lieu d'être poussé vers l'avant. Chaîne de traction robuste et de classe ingénieur pour applications de matériaux en vrac est disponible avec des spécifications de fixation de vol correspondantes.
Choix du matériau pour l'axe et la chaîne porte-câbles : acier au carbone, acier allié ou fonte
| Lien vers le matériel | Dureté (HB) | Résistance à l'abrasion | Résistance aux chocs | Coût relatif | Meilleure application |
|---|---|---|---|---|---|
| Fonte standard | 170–220 | Modéré | Faible — fracture fragile sous choc | Le plus bas | Matériaux fins, faible choc, ciment (tamisé) |
| Fonte malléable | 180–240 | Bien | Modéré | Faible à modéré | Céréales, charbon, agrégats à granulométrie moyenne |
| Acier moulé (traité thermiquement) | 280–360 | Haut | Haut | Modéré | Granulats, pierres concassées, minerai en gros morceaux |
| Fonte à haute teneur en chrome | 450–600 | Très haut | Faible — à utiliser uniquement avec des charges à faible choc | Haut | Granulats fins à haute teneur en silice, calcin de verre, poudre abrasive |
| Acier allié (forgé) | 300–400 | Haut | Très haut | Haut | Exploitation minière lourde, ferraille d'acier, débris de démolition |
Applications industrielles spécifiques en Corée et en Asie du Sud-Est
Centrales à béton prêt à l'emploi et centrales d'extraction de granulats. L'exemple présenté en introduction de cet article est représentatif de l'application la plus courante des chaînes à axes dans l'industrie manufacturière coréenne : les convoyeurs de reprise de granulats situés sous les zones de stockage, qui acheminent les pierres concassées, le sable et les granulats mélangés du stockage vers le système de dosage. Pour les applications liées aux pierres concassées (taille maximale des morceaux : 40 à 60 mm, masse volumique apparente : 1 600 à 1 800 kg/m³), la chaîne à axes en acier moulé appropriée est de type série 42 ou 51. Pour la reprise de sable fin, une chaîne en fonte malléable de type 42 est suffisante et moins coûteuse. Pignons de chaîne à aiguilles en acier moulé avec faces de dents trempées sont spécifiées en même temps que la chaîne pour ces applications — la dureté des dents du pignon doit correspondre à la dureté du matériau de la chaîne afin d'éviter une usure préférentielle du composant le plus tendre.
Fabrication de ciment. Les cimenteries coréennes (Ssangyong, Asia et Hanil) utilisent plusieurs convoyeurs à chaîne pour la manutention des matières premières, l'alimentation des fours et les chaînes de refroidissement du clinker. Le convoyeur d'alimentation du four est soumis aux conditions les plus extrêmes : clinker à 100-200 °C, gros morceaux irréguliers jusqu'à 80 mm et poussière de silicate abrasive. La spécification standard pour ce poste est une chaîne à aiguilles en acier moulé de la série 55 avec un alliage d'aiguilles résistant à la chaleur. La chaîne d'alimentation du four fonctionne généralement à une vitesse de 0,05 à 0,15 m/s et est remplacée tous les deux ans dans les usines bien entretenues, contre 6 à 9 mois pour la chaîne à rouleaux standard utilisée auparavant sur les équipements plus anciens.
Élévateurs à godets coopératifs pour céréales. L'infrastructure de stockage de céréales des coopératives agricoles coréennes utilise des convoyeurs à chaîne pour le transport horizontal des grains entre les silos et les installations de transformation. Le matériau transporté est du grain (densité apparente de 700 à 800 kg/m³, pratiquement non abrasif comparé aux applications minérales) à de faibles vitesses de chaîne (0,05 à 0,12 m/s). Pour ces applications, la norme est une chaîne à goupilles en fonte malléable ou une chaîne à rouleaux robuste de type engin avec plaques de fixation en acier inoxydable ; l'exigence en matière d'abrasion est faible et la protection contre la corrosion (due à l'humidité des grains et au lavage après récolte) est la principale spécification.
Exploitation minière et extraction de pierres au Vietnam et en Indonésie. Les clients exportateurs des secteurs de la transformation des granulats et des minéraux en Asie du Sud-Est représentent une part importante de l'approvisionnement de Korea Ever-Power en chaînes à aiguilles. Les installations de traitement de latérite nickélifère des Philippines, les alimentateurs à bande des terminaux charbonniers indonésiens et les convoyeurs de reprise des cimenteries vietnamiennes utilisent tous des chaînes à aiguilles des séries 51 et 55. Le délai d'approvisionnement requis pour les opérations de maintenance en Asie du Sud-Est (généralement de 3 à 6 semaines pour les articles non stockés) signifie que ces clients bénéficient grandement du stock coréen de chaînes aux dimensions et pas courants, comparativement au délai de 12 à 20 semaines pour un approvisionnement direct auprès du fabricant.
Foire aux questions
Chaînes à goupilles, chaînes de traînée de classe ingénieur et chaînes de convoyeur lourdes disponibles
Indiquez-nous la longueur du convoyeur, la largeur de la goulotte, le type de matériau, la taille des morceaux et la vitesse de la chaîne ; nos ingénieurs confirmeront la série, le matériau et la configuration de fixation des spires appropriés avant la fabrication.
Éditeur : Cxm
