ENGINS DE LEVAGE et DE MANUTENTION cours G3 Em 2021

Cours
ENGINS DE LEVAGE ET DE MANUTENTION
Par Ass2 Esmar P. K. SOKONI
VERSION EXPERIMENTALE 2021
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I.1. INTRODUCTION
I.
GENERALITES
Dans les ateliers et usines de fabrication mécanique, les opérations de manutention sont
associées aux travaux d’usinage et de montage des pièces dans le cadre d’approvisionnement
et de dégagement des postes de travail. La présentation en position d’ensemble de certains
éléments ou sous-ensembles particulièrement puissants et l’acheminement vers l’ensemble
ainsi que l’emballage nécessitent une certaine manutention.
Les engins de levage et de manutention appartiennent au groupe de machines dont le but est
de déplacer des charges plus ou moins importantes de façon efficace, sécurisante et non
fatigante.
Cependant, les problèmes de manutention des charges se résolvent de différentes façons ; en
considérant le poids, les dimensions, la fragilité, l’état, le chemin à parcourir et la cadence
d’approvisionnement et de dégagement. En considérant par exemple seulement le poids, les
charges peuvent être classées en deux catégories : les petites charges, légères et peu
encombrantes et les grandes charges, pesantes et encombrantes dont la manutention et le
levage sont souvent difficiles.
I.1.1. But du cours : objectifs
 Se familiariser avec les différents appareils qui sont utilisés pour les manutentions
(déplacer, manipuler, transporter les objets, les lever, les descendre) ;
 Connaissance et maîtrise de la manutention proprement dite : pour certains appareils il
faudra les choisir, pour d’autres il faudra les construire ;
 Prendre conscience du rôle des implantations et de la manutention dans la gestion
de la production ;
 Être capable de choisir ou de dimensionner les composants et appareils de
la manutention (en respectant les normes) ;
 Être à même de faire de petits projets dans le domaine des engins de levage et de
manutention….
En bref, à la fin du cours, l’étudiant sera capable de faire le choix d’un engin de levage et
manutention : il faudra donc le connaître et le calculer pour savoir s’il convient ou pas.
Pour ces engins, la présentation se fera approximativement de la manière suivante :
 Fonctionnement descriptif ;
 Condition d’emploi ;
 Les avantages et inconvénients ;
 Les contraintes d’utilisation ;
 Modalités diverses de réalisation ;
 Les méthodes de calculs ;
 Et / ou les choix de mécanismes
I.I.2.
Quelques définitions
Engin : Ce terme désigne généralement un appareil autopropulsé ou mécanique, destiné à
suppléer les travailleurs dans leurs diverses tâches de manutention.
Transport : C’est une activité qui sert à faire franchir une certaine quantité de matière d’un
endroit ou poste (lieu émetteur) à un autre (lieu récepteur). Le produit que l’on transporte
peut-être unitaire (une pièce) ou produits en vrac (minerais, …) ou un lot de pièces.
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Le transport comporte 3 étapes :
 La saisie de la charge = chargement ;
 Le transport ou déplacement proprement dit ;
 La dépose de la charge = déchargement
Les opérations de saisie et de dépose sont souvent difficiles (on peut avoir des pièces de forme
compliquée), coûteuse (l’attention qu’on y apporte implique le coût) et dangereuse (si les
opérations sont mal faites, les éléments transportés peuvent provoquer des accidents).
Les transports ou les déplacements peuvent être :
 Manuel ;
 Mécanisé ;
 Automatisé
Les transports mécanisés et automatisés font appel aux engins.
Manipulations : Sur poste de travail, il existe des opérations d’alimentation en pièces et
d’évacuation des pièces finies.
Sur les postes émetteur et récepteur certaines opérations sont souvent nécessaires pour une
bonne saisie et une bonne dépose. Ces activités de manipulation des pièces autour de la
machine, de la plateforme de saisie ou de la plateforme de la dépose (nécessaire mais pas
productives) peuvent nécessiter plusieurs déplacements autour du poste de travail qu’on
appelle Manipulation.
Ce temps de manipulation est inclus dans le temps prévu pour l’opération au niveau du poste.
Manutention : Au sens large, c’est l’ensemble des transports et manipulations faits dans les
installations pour la fabrication des pièces par exemple. Arrivée de la matière jusqu’à la
réception, moins les opérations d’usinage sur le poste de travail.
En bref, la manutention désigne l’action de manipuler, de déplacer des marchandises, des colis
dans un lieu de production ou de stockage tel un entrepôt, une usine, un magasin…
Dans ce contexte, on peut définir les manipulations comme étant la manutention effectuée au
poste de travail ou au poste de contrôle.
Il y a une distinction à faire entre manutention et manipulation, pour cela une analyse est utile
pour distinguer le déplacement relatif à la manutention et celui relatif à la manipulation. Cette
distinction n’est pas aisée dans le cas de grandes pièces où manutention et manipulation sont
indissociables (les opérations sont confiées à une même machine).
Ex : pont roulant qui fait le transport de la pièce et la positionne.
Les manutentions manuelles deviennent de plus en plus rares parce qu’elles sont très fatigantes
et causent beaucoup d’accidents. Pour les éviter on utilise des engins.
Mécanisation et automatisation de la manutention
La mécanisation : Les manutentions peuvent être manuelles, mécaniques ou automatisées. De
nos jours, la manutention est de plus en plus mécanisée (machine) ou même automatisée (pas
d’intervention de l’homme).
En ce qui concerne la mécanisation, on utilise des appareils ou machines tels que :
 Engins manuels : chariot, diable, brouette, …
 Equipements statiques : transporteurs à rouleaux ;
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 Convoyeurs aériens ;
 Engins mobiles motorisés : chariot automoteur, grue mobile ;
 Engins fixes : pont roulant, grue fixe
Avantages de la mécanisation
 Réduction de la fatigue pour l’homme ;
 Accélération des transports et réduction des délais (économie du temps) ;
 Stockage en hauteur (économie de l’espace du fait de l’empilement de charges en
hauteur en utilisant un chariot élévateur) ;
 Augmentation de la sécurité (moins d’accidents, moins de maladies) ;
 Diminution des risques et détérioration de produits transportés ;
 Réduction du prix de revient
Automatisation : Cela consiste à mécaniser un procédé ou un mode opératoire par répétition
des mêmes effets sans intervention humaine. Pour cela on utilise :
 Manipulateurs pour le déplacement d’un poste à un autre ;
 Robots industriels à commande numérique pour effectuer des manipulations ;
 Robots commandés par ordinateurs qui s’adaptent aux conditions extérieures.
I.1.3. La manutention au cœur de la logistique
Introduction
Pendant longtemps dans les entreprises de production, les priorités étaient basées sur le moyen
de production. Actuellement on se base plus sur les fonctions logistiques dont l’objectif
est d’assurer le flux de produits traversant l’entreprise.
Pour assurer cet objectif, il faut de moyens en personnel, en budget et en matériel
(manutention, transport, stockage et conditionnement).
La logistique c’est l’ensemble de moyens humains et matériels pour amener un produit en un
lieu précis dans le temps prévu au coût optimal. En bref il faut prévoir, posséder, gérer et mettre
à disposition les moyens.
Ordres de grandeurs du service de la logistique dans les entreprises :
 25% pour les industries de métaux, de la chimie
 30% pour l’agroalimentaire
 Dans certains cas on atteint les 40%
On peut réaliser des économies sensibles en agissant sur la logistique en faisant appel aux
moyens de manipulation les plus appropriés.
Les facteurs qui influencent le choix de solution pour la manutention d’un même produit sont :
 L’importance de l’installation ;
⎯ La localisation géographique (comment localiser une entreprise, une machine :
implantation) ;
⎯ Disponibilité en matière de transport publique ;
⎯ Localisation des sources d’approvisionnement (étude d’implantation) ;
⎯ Localisation des clients ;
⎯ Concernant l’entreprise, tenir compte de la condition de concurrence.
En ce qui concerne l’implantation de l’usine, les solutions de manutention sont difficilement
transposables tel quel, pour un même produit.
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Manutention et production
Les manutentions ont un coût improductif. Le coût productif est celui de la production
proprement dite. Il convient donc de réduire les opérations de manutention et de les faire de
manière rationnelle. Pour cela il faut donc prendre en compte ces problèmes au niveau de la
conception, de l’implantation et de l’aménagement.
Au niveau de la conception : les caractéristiques suivantes sont fixées et ont une influence sur
le coût de manipulations et transports : poids, dimensions (forme et volume) et dans certains
cas il peut être important d’augmenter le coût de fabrication dans le but de faciliter la
manutention.
Exemples :
on peut rendre démontable une pièce ;
On peut étudier de formes géométriques simples telles que de formes parallélépipédiques dans
le but de prendre en compte la compatibilité des engins de transport, de stockage, la fragilité
des produits.
Au niveau de la fabrication : on ne peut pas séparer la fabrication de la manutention, en effet
les modifications de la fabrication peuvent avoir des conséquences sur les manutentions.
Il est recommandé qu’il y ait un dialogue franc entre manutention et fabrication : un seul
responsable s’en chargera.
Implantation des machines de production
L’implantation des machines dans une usine résultera de l’étude d’implantation. Cette étude
prendra en compte les caractéristiques de détails de bâtiment.
Par ex : Disposition de conduites et canalisations qui ne doit pas gêner la
circulation ; Disposition de poteaux pour monter un pont roulant.
Aménagement des locaux
Les locaux ne doivent pas être aménagés n’importe comment.
 Manutention au sol : on doit laisser autour de la machine des espaces suffisants
pour alimenter la machine en matière première.
Il y a de normes qui fixent les dimensions qu’il faut prévoir. Exemple des allers recommandés :
Personne sans charge : 0,8m
Transpalette manuelle : 1,5m
Transpalette électrique : 2m
Chariot à conducteur porté : sens unique : largeur de la charge plus 1m ; deux sens : deux fois
la largeur de la charge plus au moins 1,4m
Il faut prendre en compte les dimensions des portes, résistance au sol, de poteaux
 Manutention aérienne : a l’avantage de libérer de la place au sol et introduit
d’autres contraintes : le support de la charpente doit supporter le pont roulant et sa
charge.
On doit respecter les hauteurs minimales. Le matériel de transport aérien doit être contrôlé et
entretenu régulièrement. Cela est réglementé par des normes.
Manutention et transport
Pour les différents produits, en considérant les différentes opérations, il faut noter la présence
des produits en vrac et des charges unitaires.
Pour chaque type de produits on distingue :
⎯ Transport en masse : pour cela il faut :
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Des engins de chargement ;
Un véhicule adapté ;
Engins de déchargement
⎯ Transport de livraison : transporter un produit entre deux points précis.
Pour ce type de transport, le véhicule sera équipé d’un moyen de manutention pour le
déchargement.
Dans les différents cas, différents types de transport seront utilisés :
Routier : largeur max 2,5m ; longueur max 11m ; poids par essieu
Ferroviaire : hauteur 2,5m ; largeur 2,5m ; poids 55T/wagon
Maritime et fluvial (bateaux)
Aérien (avion)
Manutention et stockage
On peut constituer de charges unitaires (caisse, containers, bacs, palettes) en utilisant des
appareils spécifiques : chariots élévateurs à prise latérale, dans le but de faciliter la
manutention et le stockage.
Matériels de stockage associés à la manutention :
Supports, palettes, caisses, containers : permettent de rassembler plusieurs charges en une
seule unité manutentionnable ;
Dispositifs de stockage : casier, rayonnages fixes ou mobiles : dispositifs qui réalisent un
stockage en attendant le transfert dans un autre lieu.
Appareils de stockage
Matériel de manutention continue : concerne les charges isolées et les charges en vrac Produits
en vrac : convoyeurs, transporteur à raclette, élévateurs à godets, transporteur à vis sans fin.
Produits isolés : transporteur à bande caoutchoutée ou métallique ;
Convoyeurs à palettes ;
Convoyeurs aériens ou au sol
Matériels de manutention spécifique
Robot manipulateur de charge
Chariot sans conducteur mais avec un système de guidage
Manutention et gestion
Les manutentions interviennent dans toutes les phases de la production, de la distribution d’un
produit. Il y a donc lieu de tenir compte des éléments de gestion :
Ordonnancement (technique de maintenance) : a pour mission de clarifier la planification des
opérations de production, où on prend en compte le transfert de produits entre différentes
opérations. L’ordonnancement doit travailler en parfaite collaboration avec la manutention. En
effet cette opération permet de prévoir les moyens de manutention. Elle permet également un
retour d’info à l’ordonnancement.
Marketing : la collaboration avec la manutention est nécessaire du fait que le coût de
distribution est réduit et amélioration des services vendus.
Manutention et les hommes
Chercher à limiter la fatigue des hommes, assurer la sécurité des hommes et des produits,
réalisés de conditions psychologiques.
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Les statistiques montrent que 35% des accidents se produisent lors de manipulations
manuelles ; tandis que 4% se produisent avec les appareils de manutention.
Pour réduire les accidents pour les manipulations manuelles, les normes fixent certaines
limites.
Ex : pour une femme : max 25kg ; chariot max 100kg
Ici intervient l’ergonomie : qui est une science qui étudie comment rendre le travail
agréable (hauteur de la chaise, la hauteur du poignet…)
I.1.4. Matériels de manutention
Nous considérons comme matériels de manutention, les appareils homogènes pour les
déplacements vertical et horizontal des produits.
On peut classer ces engins en 5 familles :
Les appareils de levage ;
Les chariots de manutention ;
Les matériels de stockage ;
Les matériels de manutention continue ;
Les matériels de manutention spécifiques.
Les appareils de levage :
Appareils légers : charge inférieure ou égale à 5 tonnes
Appareils manuels : palans, poulies, crics…
Appareils mécanisés : palans électriques, treuils hydrauliques, ...
Les appareils lourds et mi- lourds : de quelques tonnes à quelques dizaines de tonnes.
Les appareils fixes : appareils qui ne peuvent pas se déplacer en dehors de rail : pont roulant,
portique roulant sur rail, grue fixe de port… ; ces types d’appareils exigent des raccordements
électriques fixes, un personnel qualifié.
Les appareils mobiles : grue mobile automotrice sur pneumatique ou sur chenilles, portiques
porte containers, grue de bâtiment…
Les appareils de levage spécifiques.
Appareils de mise à niveau pour les ouvriers de contrôle et montage : plates formes élévatrices
hydrauliques ou motorisées
Engins spécifiquement construits pour le chargement et déchargement des véhicules ;
Grues flottantes
I.1.5. Choix d’un système de manutention
Chaque cas de manutention doit être étudié comme un cas particulier qui dépend de conditions
techniques et économiques locales. Cependant dans tous les cas il faudra garder la possibilité
d’extension ultérieure, s’adapter aux changements de conditions d’exploitation, doit prendre
en compte les conditions physiques de travail particulièrement en ce qui concerne la sécurité,
tenir compte du respect de l’environnement, pollution
I.1.6. Importance de la manutention
L’importance de la manutention varie selon le type d’entreprise, il est capital pour les
entreprises de transport (les manutentions représentent même la production de l’entreprise :
cas du transport ferroviaire. Les manutentions sont considérables dans les entreprises où le
coût de matières transportés est faible : cas des entreprises minières, carrières, fonderies ; le
coût de manutention est très élevé pour les industries agricoles
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Le coût de manutention est faible pour le cas des entreprises où la valeur commerciale du
produit est élevée, le problème de manutention devient presque auxiliaire et inversement.
I.1.7. Les inconvénients et les coûts
Les manutentions exigent des investissements qui sont parfois importants, leur entretien selon
la charge d’exploitation entretien des engins et des allers.
En plus de cela, il y a la charge à la main d’œuvre affectée à la manutention. Selon le type de
l’entreprise, on estime à 25% en moyenne du salaire global, qui peut aller jusqu’à 80% de
l’enveloppe de salaire affectée à la manutention (cas des entreprises de transport).
La mécanisation réduit le nombre d’accidents, bien que les engins de manutention soient plus
exposés aux accidents.
I.1.8. Notion d’attente
Un produit est dans une situation d’attente lorsqu’il est immobilisé pour une raison
quelconque, et ne passe pas à une étape suivante. L’attente peut être due à une indisponibilité
de l’engin.
En mécanique, les pièces qui sont en attente, on les appelle les « en-cours ».
Causes : ces en-cours vont résulter des retards dans la production, variation des cadences de
travail. Les en-cours peuvent aussi résulter d’une mauvaise gestion de l’atelier, manutention
insuffisante ou mal adaptée.
Conséquences :
Les en-cours prolongent les délais de fabrication ;
Ils constituent un capital d’immobilité pour le quel l’entreprise perd les intérêts ;
Ils occupent inutilement une surface généralement couverte qu’il faut entretenir ;
Ils peuvent conduire à ce que les pièces se détériorent ou se perdent ;
Ils conduisent à des manipulations supplémentaires relatives à la dépose et à la repose =>
augmente les dangers d’accidents.
En fait, l’idéal serait qu’entre différents postes on ait un flux continu de produit. Signalons que,
pour baisser le coût, on peut dans la mesure du possible faire des activités combinées.
Ex : on peut profiter lors des activités de manutention, faire des opérations de pesage, de tri,…
I.1.9. Types de manutention
On peut distinguer les types de manutention en suivant le flux, les manipulations qui sont en
rapport avec :
Alimentation : alimenter la production (poste) de matière première (réception) en pièce brutes
ou en produit semi fini à partir de magasin ou à partir d’un parc, d’un autre atelier ou à partir
de l’extérieur.
Livraison : concerne les pièces finies qui se fait vers un magasin ou vers un autre atelier, un quai
d’expédition, client
Mouvement à l’intérieur de l’usine : quand on passe d’un poste à un autre sur une chaîne de
fabrication (poste d’usinage, poste de contrôle, de montage de sous ensemble). A l’intérieur de
l’usine ils vont comprendre une part importante des manipulations.
Autres : manipulations irrégulières ou difficilement prévisible => ils concernent les
approvisionnements des produits d’entretien, modification d’emplacement de machines, les
manutentions lors de réparations ou de remplacement d’autres équipements.
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Implantation des machines ou de l’usine
A une forte influence sur les manutentions : il s’agit ici de l’emplacement des magasins, des
quais d’expédition. C’est la localisation physique de lieux émetteurs et récepteurs. Une
mauvaise implantation peut entrainer des conséquences coûteuses => manutentions
exagérées. D’où la nécessité de rationaliser l’implantation.
Types d’implantation
L’implantation des machines dans un atelier dépend de types des pièces à fabriquer, de la série
des pièces…
Exemples d’implantations :
 Implantation à section homogène : utilisée pour des pièces unitaires de petites
séries renouvelables
 Implantation par îlot de production : pour de petites et moyennes séries de pièces d’une
même famille.
 Implantation en ligne ou en chaine de production : grande série
Il existe des outils pour orienter l’optimisation de l’implantation. Il peut s’agir de l’optimisations
de l’implantation d’une usine dans son environnement, l’optimisation de l’implantation des
machines dans une usine.
L’étude de l’implantation est un problème qui ne peut pas se faire sans l’étude de la
manutention.
Manutention
Choix des engins de levage
Implantation
Flux de production (fabrication)
On distingue deux types de flux à savoir :
⎯ Flux continu (en ligne) : concerne généralement de très grandes séries.
⎯ Flux discontinu : concerne des petites et moyennes séries, types de pièces variées
en quantité limitée.
Les prix des produits vont donc résulter de facteurs suivants :
⎯ Implantation des machines ;
⎯ Les moyens de production ;
⎯ Les quantités à fabriquer.
Pilotage des flux
Il existe des techniques pour le pilotage des flux que nous allons décrire en passant :
Calcul de besoin (MRP : management des ressources de production ou MPR : manufactoring
planning ressources) : dans cette méthode, les besoins sont effectués à partir de la
nomenclature de vente et des prévisions. On calcule des quantités de pièces à fabriquer.
KANBAN (= étiquettes) : s’applique à la production de pièces dont le processus est parfaitement
maitrisé. Cette méthode requiert d’une structure d’îlots. Entre deux postes circule des
étiquettes, celle-ci fournissent l’ordre de fabrication OF. La deuxième étiquette circule dans le
même sens que le flux physique des pièces.
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Lorsqu’un poste A termine la fabrication d’un certain nombre de pièces, il les met dans le
KANBAN vers le poste B ; lorsque B finit la fabrication, il le remet dans le poste A, ce qui est un
ordre de fabrication. On a affaire à un flux tiré, la production s’effectue à la demande du client
OPT (optimised production technology) : technique basée sur le principe de goulet.
Goulet : sur un poste on a un rapport charge sur capacité de charge (ce qu’on est capable de
faire, exemple pour un tour 5 pièces à fabriquer. On appelle Goulet, la machine qui va présenter
le rapport charge/capacité de charge la plus grande.
I.1.10. Différentes sortes de charges à transporter (nature de flux)
On distingue 3 types de charges :
⎯ Les charges en vrac ;
⎯ Les charges unitaires lourdes ;
⎯ Les charges légères
Charges-en vrac
Les matériaux peuvent être sous forme de poudre, de concassés. Nous aurons affaire aux
produits de petites dimensions, mais de grande quantité, ce qui permet d’obtenir un certain
flux. Il peut s’agir de liquide.
Un produit en vrac sera identifié par sa désignation usuelle, sa formule chimique, sa masse
volumique apparente en tonne/m3 en écoulement libre.
Une autre caractéristique c’est la grosseur ou répartition granulométrique
Forme
Cohésion
Autres propriétés (inflammation, toxicité, effet abrasif, capacité à coller, température…)
Engins utilisés pour les produits en vrac :
bandes transporteuses,
élévateurs à godet,
grues ou ponts équipés de bennes
etc.
charges unitaires lourdes
Ce sont généralement des charges constituées par une seule pièce, un seul organe ou une seule
unité de transport (container). Généralement il sera un élément dont la masse dépasse une
dizaine de Kilos et qui ne peut pas être transporté manuellement.
Engins utilisés :
convoyeur aérien
transporteur à rouleaux
chariot de manutention
etc.
charges légères
Par charges légères, on entend les charges qui peuvent être soulevées par l’homme
(manuellement) c.à.d. des charges d’une vingtaine de Kilos. Pour ces charges, on peut utiliser
aussi des plans inclinés et en particulier des plans inclinés à transporteurs vibrants.
Plusieurs charges légères peuvent être regroupées pour former une charge unitaire lourde
(container)
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I.1.11. Equipements de la manutention
Introduction
La gamme des équipements est très étendue, d’où la difficulté de faire une classification. En
effet certains appareils (engins) peuvent empreinter leurs caractéristiques à d’autres engins,
d’autres encore peuvent être attachés à d’autres types de travaux (engins de génie civil).
Classification selon MONNE et OGUS
Ils ont mis en évidence les notions de valence et de polarité pour un engin.
Valence d’un appareil : c’est le nombre de mouvements élémentaires qu’un
engin peut
imprimer à la charge (translation, direction, rotation, levage)
Polarité d’un appareil : on se fixe de manière conventionnelle une polarité positive ou négative
selon que la charge se rapproche ou s’éloigne du point d’application.
Ex : un cric d’auto est monovalent et négatif (charge s’éloigne du point d’application) ; le palan
est bivalent et négatif ; le pont roulant est trivalent et positif.
Classification d’après le fonctionnement
Ici nous distinguons 5 catégories :
Les équipements de manutention continue :
Transporteur de produits en vrac ;
Transporteur de charges isolées ;
Les convoyeurs aériens ou au sol ;
Transporteur aérien sur câble…
Les équipements de manutention discontinue :
Treuils ;
Palans ;
Pont roulant ;
Grues ;
Chariot de manutention
Les containers
Les équipements de stockage
Les équipements de reprise : alimentation, distributeurs
Equipement de manutention continue
Ces équipements auront un mouvement continu entre un et plusieurs points de chargement et
entre un et plusieurs points de mouvement de déchargement.
Ces mouvements peuvent être automatiques ou peuvent être interrompus pour réaliser un
type d’opération, ils peuvent être cyclique ou intermittent selon un cycle automatique.
Transporteurs des produits en vrac
Ont comme caractéristiques
Transporteur :(quand il s’agit du transport en vrac sur un plan horizontal ou légèrement incliné):
Transporteur à courroie
Transporteur à bande d’acier
Transporteur à vis d’Archimède
Transporteur en masse
Transporteur à palettes
Lorsque le parcours est fortement incliné ou vertical, on utilise des élévateurs :
A vis
A godet
En masse
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Convoyeurs : engins qui suivent un trajet légèrement complexe sans transbordement en cours
de route.
CLASSEMENT DES MÉCANISMES DES APPAREILS DE LEVAGE
Il existe huit groupes de mécanismes :
FEM
ISO
1 Dm
M1
1 Cm
M2
1 Bm
M3
1 Am
M4
2m
M5
3m
M6
4m
M7
5m
M8
Pour déterminer le groupe de votre appareil de levage, treuil ou palan, trois paramètres
essentiels sont à prendre en compte :
1- La charge maximum à lever
Y compris le poids du câble et des accessoires éventuels de levage (crochet... ) sauf si ceux-ci
sont d’un poids total inférieur ou égal à 5% de la charge à lever.
2- L’ét at de sollicit at ion
Précise dans quelles proportions l’appareil de levage est utilisé à charge maximum ou à charge
réduite.
On distingue ainsi quatre états de sollicitation caractérisés :
Appareils de levage soumis exceptionnellement à la sollicitation
Léger
K ≤ 0,5
maximale et couramment à des sollicitations très faibles
Appareils de levage soumis assez souvent à la sollicitation
Moyen
0,5 < k ≤ 0,63
maximale et couramment à des sollicitations faibles.
Appareils de levage soumis fréquemment à la sollicitation
Lourd
0,63 < k ≤ 0,8
maximale et couramment à des sollicitations moyennes.
Très
Appareils de levage soumis régulièrement à des sollicitations
0,8 < k ≤ 1
lourd
voisines de la sollicitation maximale.
Pour un classement exact, il est préférable de calculer la valeur moyenne cubique (k), à l’aide
de la formule ci-après :
dans laquelle :
3- La classe de fonctionnement
C’est le temps moyen de fonctionnement par jour, sur la base de 250 jours de travail par an.
L’appareil de levage est considéré en fonctionnement lorsqu’il est en mouvement ; par contre,
il ne l’est pas pendant les temps d’arrêt, entre la montée et la descente par exemple.
Ces trois paramètres permettent ainsi de classer les appareils en groupes de mécanismes selon
le tableau ci-dessous.
Vous pourrez ainsi déterminer le groupe de l’appareil de levage dont vous avez besoin :
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Prenons un exemple de calcul pour déterminer un groupe de mécanisme et le choix du treuil
concordant :
Données :
• Charge maximale à lever 5000 kg
•
Etat
de
sollicitation
50% du temps à la charge nominale (de l’appareil de levage)
50% du temps à vide
• Classe de fonctionnement 4 heures par jour, 250 jours par an.
Compte tenu de ces éléments :
• L’état de sollicitation caractérisé (k) est donc : lourd
• Le groupe de mécanisme déterminé est : 3m (FEM) / M6 (ISO)
I.2. CONCLUSION
Le domaine concernant les engins de levage et de manutention est très vaste et concerne aussi
bien les entreprises, les chantiers et bien d’autres domaines qu’on ne sait pas énumérer dans
le cadre de ce cours.
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CHAPITRE II.
II.1.
RAPPELS
II.1.1. Machine
LES APPAREILS DE LEVAGE
Dans sa signification la plus large, une machine est un transformateur d’énergie.
II.1.2. Machines simples
Appareils au moyen des quels on peut modifier les paramètres d’un travail mécanique : la
direction ou l’intensité d’une force ou d’un couple, parcours du point d’application, etc.
Dans la plupart des cas, la machine simple est constituée par un corps solide transmetteur de
travail.
Il n’existe que deux machines simples :
Le levier ;
Le plan incliné.
Par extension, on appelle aussi machines simples, des machines provenant de combinaisons
simples de leviers et de plans inclinés. D’où on peut citer :
Le groupe de leviers : poulies, treuils,… ;
Le groupe de plan incliné : mécanisme vis et écrou, vis et roue à vis, coin…
Rendement d’une machine simple
Dans une machine simple idéale (fonctionnant sans frottement), le travail qu’elle transmet est
égal au travail qu’elle reçoit. Il se produit par exemple une exacte compensation entre ce que
l’on gagne en intensité de la force nécessaire et ce que l’on perd en déplacement du point
d’application.
Dans la réalité, on ne peut éviter les frottements des corps en contact.
Le rendement de la machine :
η=
𝑻� � � � � � � � � � � � � �
𝑻� � � � � � � é� �
Pratiquement égal à l’unité si les frottements sont négligeables, peut diminuer fortement si les
frottements sont importants, la chaleur apparue étant l’équivalent du travail perdu. D’où :
A l’entrée de la machine on introduit un travail moteur Wm ;
A la sortie, on ne recueille que le travail utile Wu.
La différence de travail entre Wm et Wu est le travail dissipé par les frottements Wf.
En raison de la conservation des énergies, on écrira :
Wm = Wu + Wf
L’ensemble (Wu + Wf) est appelé travail résistant
Le rendement d’une machine est le rapport entre le travail utile Wu et le travail moteur fournit
Wm.
D’où :
η=
� �
=
� � −� �
=1-
� �
II.1.3. Etats d’équilibre
� �
� �
� �
Un corps est en équilibre statique lorsqu’il est en état de repos, car alors les forces qui le
sollicitent s’annulent.
∑� = 0
∑𝑀 = 0
14
Un système matériel est en équilibre mécanique dans un référentiel donné lorsque les
différentes parties qui composent ce système restent immobiles au cours du temps dans ce
référentiel.
Deux conditions sont pour cela nécessaires et suffisantes :
L’ensemble des forces qui agissent sur les différentes parties du système forment un torseur
nul (forces intérieures et extérieures, forces appliquées et forces d’inertie éventuelles) ;
Les vitesses de tous les points du système sont nulles à un instant donné. Il s’agit d’un état
d’équilibre macroscopique qui n’exclut pas les mouvements d’agitation thermique des
corpuscules constitutifs du système.
Quelques états d’équilibre
Equilibre stable : Etat d’équilibre d’un système vers le quel celui-ci revient spontanément après
qu’une action extérieure provisoire l’en a faiblement écarté.
Ce retour se fait généralement après une série d’oscillations amorties de part et d’autre de
l’état d’équilibre.
Ex : - corps reposant sur un plan horizontal
Mobile autour d’un point ou d’un axe
Ici pour qu’il y ait équilibre statique, le centre de gravité doit se situer au-dessous du
point de suspension et sur la verticale qui passe par ces deux points.
Equilibre instable : Etat d’équilibre d’un système dont celui-ci s’éloigne dès qu’une action
extérieure si faible et si brève soit- elle, tend à l’en écarter.
Un tel équilibre est un concept purement théorique. Il est physiquement irréalisable.
Ex :
- sur un plan horizontal
Mobile autour d’un point ou d’un axe
Il y a donc équilibre instable lorsque le centre de gravité d’un corps mobile autour d’un point
ou d’un axe est situé au – dessus du point ou de l’axe sur une même verticale.
Equilibre indifférent : Un système matériel est en état d’équilibre indifférent, si cet état et tous
les états voisins sont des états d’équilibre.
Ex :
- bille, cylindre, … sur un plan horizontal
15
Mobile autour d’un point ou d’un axe
Equilibre métastable : Insensible à de très faibles actions extérieures, contrairement aux
équilibres instables, un équilibre métastable cesse d’exister si les actions extérieures ont une
intensité suffisante.
Le système en équilibre s’éloigne alors définitivement de son état initial, et ceci distingue cet
état d’un équilibre stable. Des frottements en mécanique ou des contraintes équivalentes dans
d’autres domaines sont à l’origine des équilibres métastables.
Ex : posé sur un plan incliné, en absence de tout frottement, un solide glisse ou roule vers sa
position d’équilibre stable (point le plus bas). S’il existe des frottements, le solide peut rester
immobile sur la pente, en dépit de l’action de son poids. Il est en équilibre métastable. Une
force supplémentaire suffisante peut le mettre en mouvement et il rejoint alors le plus souvent
sa position d’équilibre sable.
Base de sustentation
Le facteur stabilité a déterminé la forme de la plupart d’objets d’usage courant. Un objet
n’importe lequel s’avère peu commode si, le moindre choc suffit pour le renverser. Il importe
donc qu’il soit en équilibre stable.
Pour cet équilibre, l’appui se fait sur un certain nombre de points. La position de ces points
d’appui et celle du centre de gravité affectent le degré de stabilité.
On appelle base de sustentation ou polygone d’appui, le polygone convexe (sans angle
rentrants) formé par la jonction des points d’appui.
Si la droite verticale passant par le centre de gravité tombe à l’intérieur de la base de
sustentation, le corps se maintiendra dans sa position.
Plus la projection du centre de gravité sur la base de sustentation se rapproche du centre de
cette base, plus ce corps sera stable.
On peut donc augmenter la stabilité d’un corps rigide en agrandissant sa base de sustentation
et en abaissant son centre de gravité.
II.2.LES DIFFERENTS TYPES D’APPAREILS DE LEVAGE.
Levage suspendu :
La charge levée est maintenue au moyen d’un crochet ou d’un outil de préhension suspendu à
un câble ou à un équipement. Le centre de gravité de cette charge s’aligne verticalement avec
le point de suspension placé sur l’équipement rigide de l’appareil de levage.
Levage porté :
La charge repose sur un ou des supports. Elle est maintenue de façon rigide et suivant une
orientation fixe par rapport à l’équipement de l’appareil de levage sur des fourches, un
plateau...
Des mouvements relatifs de l’équipement, d’amplitude limitée, permettent de modifier
légèrement cette orientation. La charge est prise par dessous est reposée à l’endroit souhaité
de la même façon.
16
II.2.1. Caractéristiques des appareils de levages :
De manière générale, les appareils de levage peuvent être fixes, démontables, déplaçables ou
mobiles avec, dans chaque cas, des niveaux relatifs de mobilité parfois très différents.
Appareils fixes :
Ces appareils sont installés de façon définitive dans des structures stables, elles-mêmes fixes et
définitives. On peut citer :
Tables et plates-formes élévatrices de quai,
échafaudages suspendus,
rampes ajustables de quai,
potences...
Appareils déplaçables :
Ces appareils travaillent à poste fixe. Certains sont équipés d’éléments qui permettent leur
déplacement d’un lieu de travail à un autre, soit avec un moyen de manutention extérieur à
eux-mêmes (petits palans, échafaudages suspendus...), soit par des systèmes de roulements
qui leur sont propres, mais souvent rudimentaires (potences mobiles d’atelier, échafaudages
mobiles...).
Certains de plus grandes dimensions peuvent être transportées sur des remorques surbaissées
(grues repliables non remorquables...).
Appareils démontables :
Ces appareils travaillent à poste fixe. Des aménagements plus ou moins importants de leur lieu
de travail sont nécessaires à leur installation. Ils sont généralement transportés par éléments
modulaires séparés d’un lieu de travail à un autre et remontés (grues à tour, montematériaux...).
Appareils mobiles :
Ces appareils peuvent se déplacer en charge par leurs propres moyens (automoteurs) ou avec
une source d’énergie extérieure. Les déplacements se font pour certains sur des distances
réduites et limitées soit par les infrastructures dans lesquelles ils sont installés, soit par les
contraintes de distribution d’énergie électrique : Cas des ponts roulants, monorails... , et pour
d’autres librement, lorsque les appareils ont une source d’énergie indépendante (moteur
thermique) et ne sont pas limités par les infrastructures locales (sur pneus ou chenilles) : Cas
des grues mobiles, grues auxiliaires sur camion, chariots élévateurs…Quelques-uns, sans source
d’énergie pour leur translation, peuvent être remorqués, telles certaines grues repliables....
Ces appareils sont tout simplement appelés « engins de manutention ».
II.2.2. Composants de base des appareils de levage :
Charpente :
La structure principale des appareils de levage ainsi que celle de leurs équipements de base et
auxiliaires sont constituées d’une ou plusieurs charpentes. Elles sont principalement réalisées
en acier et peuvent exister sous deux formes différentes : En tôles mécano soudées ou bien en
treillis constitués de profilés soudés. Ces deux modes de construction sont parfois combinés
dans certaines charpentes. Les qualités et caractéristiques des aciers employés varient selon
l’environnement dans lequel les appareils travaillent et l’intensité de l’activité à laquelle sont
17
soumises les charpentes (valeurs des charges et de leurs variations, ainsi que la fréquence de
chargement):
- aciers à faible limite élastique et grande résilience pour les appareils
utilisés intensivement ; ces aciers ont l’inconvénient de produire des structures
lourdes, mais ils sont moins coûteux, plus faciles à approvisionner et à souder.
- aciers à haute limite élastique et de moindre résilience pour les appareils ayant
une utilisation peu intensive. Ces aciers permettent de réaliser des structures légères,
très résistantes, capables de supporter de fortes charges, mais n’acceptent pas un
facteur de service élevé, sont plus coûteux que les aciers cités précédemment et
délicats à souder.
La connaissance des conditions d’utilisation des matériels est importante pour que les
classifications de l’appareil et de sa charpente soient les plus précises possible afin de faire le
bon choix quant aux matériaux à employer et aux modes de construction à adopter.
Rails, chemins de roulement, ancrages :
Les appareils évoluent dans des infrastructures qui délimitent leur mobilité et leur capacité. Il
est important de connaître les capacités des rails qui constituent les voies de roulement des
grues à tour, grues portuaires, grues mobiles…
Il existe de nombreux types de rails standards, adaptés aux différentes conditions de roulement
et de guidage des appareils. Leur installation doit être faite avec le plus grand soin, tant du point
de vue de leur géométrie (parallélisme, planéité, horizontalité...), que de leur ancrage et de la
tenue de leurs appuis (traverses, ballast, sol, béton...).
Les chemins de roulement des ponts roulants et semi-portiques et les charpentes qui les
supportent doivent également être parfaitement connus. Ils sont étudiés, en général, pour une
capacité maximale et un type de roulement donné. De la même façon, les appareils qui circulent
librement sont astreints à respecter les limites de charges imposées par la résistance des
essieux et par la tenue des sols des ateliers, des chantiers et des réseaux routiers.
Il ne faut jamais négliger les conditions d’ancrage de tous les appareils fixes en s’assurant de la
tenue en résistance et en fatigue des infrastructures sur lesquelles ils sont fixés.
II.3.
LE LEVIER
II.3.1. Levier simple
Il peut être : Inter appui
levier
Soit :
Q : la résistance à vaincre
F : puissance ou effort à exercer
a et b : bras de levier des forces Q et F par rapport au
point d’appui.
α : angle balayé par le levier
e et e’ : espaces angulaires parcourus par les bouts du
Pendant le fonctionnement, la force motrice F parcourt le chemin e’ pendant que la force
résistante Q parcourt le chemin e.
Condition d’équilibre :
Théoriquement : Wm = WR
F. de = Q. de’
or
e = α.a et e’= α.b
18
D’où : F.e’= Q.e
F.b.α = Q.a.α F.b =
Q.a
Inter résistant
Inter puissant (peu utilisé)
F.b = Q. a
F.b = Q.a
Calcul des leviers
Les leviers sont calculés à la flexion comme des pièces encastrées en un bout et libre à l’autre
(encastrement = point d’appui).
II.3.2. Levier composé : C’est une combinaison des leviers simples.
Soit K la force intermédiaire agissant dans la
bielle de liaison.
Pour le premier levier, on a : a.Q = b.K =>
K=
� .�
�
Pour le deuxième levier, on a : a’.K = b’. F
�
� ′ .�
D’où, finalement : a’.a.
=>
� ′ .�
F=
Q
Une échelle de pompier (3), partiellement représentée, est articulée en A (pivot d’axe A, z) sur
une tourelle (2). La tourelle peut pivoter (rotation d’axe D, y) par rapport au châssis du camion
(1). Le levage est réalisé par un vérin hydraulique 4 + 5 (4 = tige, 5 = corps) articulé en B sur
l’échelle et en C sur la tourelle, les liaisons en B et C sont des liaisons rotules de centres B et C
�
(ou des articulations de centre B et C). L’étude est réalisée dans le plan de symétrie du dispositif,
l’ensemble est en équilibre, la tourelle est à l’arrêt et le vérin est bloqué en position. Ps (5 000
daN) schématise le poids de l’échelle, le poids du vérin est négligé.
Quelques exercices d’applications
19
Déterminer les actions exercées sur les liaisons en A, B et C.
Déterminer les tensions des câbles et l’effort T que doit exercer l’opérateur pour maintenir
l’ensemble en équilibre.
20
21
22
23
24
II.4. PLAN INCLINE
C’est un plan rigide supposé sans frottement et incliné d’un angle α par rapport à l’horizontale.
C’est une machine simple qui facilite l’élévation ou la descente des fardeaux en réduisant
l’effort nécessaire ; par contre le chemin parcouru par la charge est plus long.
Avantage mécanique
Examinons ce qui se passe lorsqu’un solide est en équilibre sur le plan incliné.
Trois cas peuvent se présenter suivant la direction de la force :
25
1er
cas : Effort moteur F tangent au plan incliné
Wm = F. AB =
F�
ℎ
𝑖� 𝛼
(1) et WR = Q. BC = Q. h (2)
Théoriquement:
= Q sinα
Wm = WR
donc F.
ℎ
2ème cas : Effort moteur F horizontal
ℎ
� 𝑖� 𝛼
= Q. h => F
Wm = F
� � 𝛼
(1) et WR = Q. h
Théoriquement Wm = WR
F = Q. tgα
3ème cas : Effort moteur quelconque (cas général)
Wm = F.cosβ.
ℎ
� � 𝛼
(1) et WR = Q.h
(2)
Comme Wm = WR => F = Q
� � � �
� � � �
Si β = O, on retrouve le 1er cas
Si β = - α, on retrouve le 2e cas
26
II.5. POULIES
II.5.1. Poulie fixe
La poulie fixe est celle dont l’axe est à une hauteur invariable.
- Théoriquement F = Q ;
D’où pas d’avantage mécanique et, la poulie ne fait que
changer la direction de F.
L’équilibre est indépendant de la direction de chaque brin.
- -En tenant compte du frottement (pertes), on aura :
�
1
avec x = 𝜂
F=𝜼
; η ‹ 1 => x > 1
= Q. x
�
Théoriquement, la résultante R des forces F et Q est de :
R = 2 F cos
�
Le diamètre de la poulie varie suivant le diamètre du câble. Dans les calculs approximatifs, on
prendra :
η = 80 à 90% pour les câbles en chanvre ;
η = 96% pour les câbles métalliques ;
η = 95% pour les chaînes
Les axes des poulies sont calculés à la flexion.
II.5.2. Poulie mobile
Deux cas sont possibles :
27
(1), l’effort est appliqué sur la chape de la poulie. Il se repartit également sur les deux brins du
câble, l’un supportant la charge Q et l’autre attaché au point fixe A.
D’où : F = 2Q
Pas d’avantage mécanique à employer un tel genre de poulie. La seule utilisation qu’on peut en
tirer, c’est de doubler la vitesse d’ascension de la charge.
(2), la charge est attachée à la chape. La poulie mobile repose directement sur le câble dont un
bout est attaché à un point fixe A et l’autre subit l’action de la puissance F.
Lorsque les deux brins sont parallèles, on a théoriquement :
F=
�
�
, sinon F =
�
� � � � �
Le chemin parcouru par F est donc le double de celui de Q. C'est-à-dire, si la charge doit être
soulevée d’une hauteur h, le câble sollicité par F doit pouvoir s’enrouler sur une longueur 2h.
En effet, le travail de Q vaut ; Q.h et celui de F ; F.a
Q.h = F. a
�
�
; avec F = �
Q. h =
.a
2
a = 2h déplacement de F
D’une façon générale :
�
Théoriquement :
F = F1 =
�
si on tient compte des pertes, les efforts dans les brins sont inégaux :
�
�
soit F =
= F1 . x
𝜼
=> F1 =
�
𝒙
Or : F + F1 =Q
�
F+ 𝑥=Q
xF + F = xQ
F(x + 1) = xQ
F=
� .𝒙
𝒙+�
Avec x =
; si η = 1 on aura x = 1 et F =
�
2
On adopte généralement η=90% pour les cordes en chanvre et η= 95% pour les chaînes.
II.5.3. Assemblage des poulies
1
𝜂
Poulies fixe et folle
L’inconvénient d’avoir à tirer vers le haut explique pourquoi on combine la poulie mobile avec
une poulie fixe afin de changer la direction de l’effort et de garder son avantage mécanique de
2.
28
Palan exponentiel
�
�
Si on néglige les frottements, la puissance égale à : F =
nombre de poulies mobiles
�
avec n =
�
�
En considérant les frottements : F =
�
�
𝜼
T.P : Démontrer que la formule générale en rapport avec le palan exponentiel est donnée par :
� � +�
F = (�
+� )�
Q
Moufles
C’est un ensemble de plusieurs poulies montées sur une même chape. Généralement toutes
les poulies ont un même axe autour duquel elles peuvent tourner librement et isolement.
Leur charge nominale correspond à la charge nominale du treuil avec lequel elles sont
employées multipliée par le nombre de brins du mouflage. On a intérêt à minimiser leur masse
(qui s’ajoute à la masse de la charge) pour obtenir de meilleures performances, mais celle-ci
doit rester suffisante pour permettre le déroulement du câble sans foisonnement. Lorsqu’il
existe plusieurs moufles de levage possibles sur un même appareil, leurs masses doivent
toujours être indiquées sur le tableau des charges.
Les crochets des plus grosses moufles sont souvent doubles (en forme d’ancre) afin de faciliter
la mise en place de très grosses élingues qui doivent être parfois manipulées avec d’autres
appareils de levage auxiliaires. Les moufles qui peuvent être manipulées à la main par des
personnels pendant le travail doivent être munies de poignées. Celles-ci doivent être tournées
sur l’avant par rapport à la machine lors du mouflage, afin que la personne qui la manipule
puisse voir l’opérateur situé au poste de commande de l’appareil.
II.6. PALAN
C’est une réunion de 2 moufles par une corde ou un câble s’attachant à l’anneau du moufle
supérieur.
Le palan à moufles est un palan qui est de deux moufles montées par paires, sur lesquelles
passe une corde ou un câble dont une extrémité est fixée à l’une des moufles, la traction
s’exerçant sur l’autre extrémité.
29
II.6.1. Palan à corde : il existe deux versions
L’effort à exercer vaut théoriquement la charge à soulever divisée par le
nombre des brins porteurs ou des poulies n.
D’où : F =
�
�
Soit η’ le rendement d’une poulie ; le rendement du palan sera de :
η=�
𝒙� −�
𝒙−�
avec x =
1
𝜂′
la longueur approximative du câble est donnée par :
L = h (n + 1) + l
II.6.2. Palan exponentiel (voir poulies)
II.6.3. Autres versions de palan (disposer les poulies en fonction de l’AM recherché)
Palan de BARTON
30
�
.𝒙�
a)
b)
�
AM = 7 => F = �
F
F
Q
AM = 4
Q = 4F
c)
F
AM = 9 => F =
�
9
Q
II.6.4. Palan du type poulie fixe : le garant sort d’une poulie fixe
Fm = ? Pour soulever Q
A l’équilibre : Q = F1 + F2 + F3 + F4
Or Fm =
1
�
�
𝜂
= α.F1
=>
F1 =
�
𝛼
F1 = F2.α => F2 = F2 = F3.α => F3 = F3 = F4.α => F4 =
1
�
�
2
= 𝛼2
𝛼
�
�
3
= 𝛼3
𝛼
�
�
= 𝛼4
𝛼
Q=
� �
� �
𝛼
+
+
𝛼2
� �
+
𝛼3
� �
𝛼4
Q = Fm (
1
𝛼
1
+ 𝛼2 +
1
+
𝛼3
1
𝛼4
)
Q = Fm (
Fm =
𝛼3 +𝛼2 +𝛼+1
𝛼4
� .𝛼4
)
Si nous posons 1 + α +
α2+
α 3+
α4
+…
+αn-1
𝛼3 + α2 + α+1
= S (1) ;
x α = donne α + α2+ α3+ α4 + … +αn = α.S (2)
–(1) donne :
31
α + α2+ α3+ α4 + … +αn = α.S
-(1 + α + α 2+ α 3+ α 4 + … +α n-1) = -S
α n – 1 = α.S – S
S(α – 1) = αn – 1
𝛼� − 1
S=
� .𝛼4
𝛼−1
� .� � (� −� )
Alors Fm =
𝛼� − 1
𝛼−1
et en généralisant Fm =
;
� � −�
C’est l’effort à exercer pour la montée de la charge, avec n le nombre de poulies.
Ex : pour n = 4 et η = 1
α = 1 et Fm =
� .𝛼4 (𝛼−1)
𝛼4 − 1
� .𝛼4 (𝛼−1)
= (𝛼2 − 1)(𝛼2 + 1)
� .𝛼4
= (𝛼2 + 1)(𝛼+1)
= Fm =
�
4
II.6.5. Palan du type poulie mobile : ici le câble sort par la poulie mobile
Pour l’équilibre du palan on doit avoir : Fm = F1 + F2 + F3.
Suivant le même raisonnement, on trouve :
Fm = Q
� � (� −� )
� � +� − �
;
C’est l’effort à exercer pour la montée de la charge.
Calcul du rapport de réduction des forces « i »
pour la poulie fixe
�
i= =
�
1+α1 +α2 +⋯.+αn−1
𝛼�
si n = 4 et α = 1 , nous aurons i = 4 = Q/F
En pratique (dans le réel) : i = Q/F ‹ n
𝐖�
� .𝐡
�
αn (α−1)
Rendement de la montée : η =
=
𝐖�
=
𝐅(𝐡.� )
𝐅.�
Avec F = Fm = Q
αn+1 − 1
Le rendement devient de : η =
𝛂�
𝛂� −� )
(𝛂 – � ).�
avec α = 1/ηpoulie
pour la poulie mobile
� .𝛼�
F = 1+ 𝛼+ 𝛼2+⋯+ 𝛼�
et i = Q/F
32
Si α = 1 et n = 3 ; nous aurons i = 4 = n + 1
Rendement de la montée :
On montre que si la charge arrivait à monter d’une hauteur h, la force motrice aura parcourue h
(n + 1). Le rendement de la montée sera de :
η=
� .𝐡
𝐅.𝐡(� +� )
avec F = Q
αn (α−1)
αn+1 − 1
;
𝐖�
𝐖�
=
On a : η =
𝛂�
𝛂� +� −�
(𝛂 – � ).(� +� )
avec α = 1/ηpoulie
II.6.6. Palan simple
La noix est une roue de poulie dont le pourtour présente des alvéoles conçues pour entraîner
une chaîne. Lorsque le pourtour de la roue présente une gorge pouvant loger une corde, un
câble ou une courroie, la roue s’appelle lors un réa.
Il comprend une noix de rayon r à chaîne faisant corps avec la roue de manœuvre. La chaîne de
levée passe sur la noix, elle fixée d’un côté à la charge à soulever et de l’autre côté à un œillet
de la noix de sorte qu’elle ne tombe quand le crochet est à sa position la plus basse.
� .𝐫
L’équilibre de ce palan nous permet d’écrire que :
En tenant compte du rendement, nous aurons :
F.R = Q.r => F =
𝐑
F=
Pour ce palan, le rendement varie de 85% à 90%
Q.r
R.η
=
� .� .𝑥
�
33
II.6.7. Palan différentiel de WESTON
Il se compose d’une poulie mobile D et de deux poulies supérieures
fixes B et C de diamètres différents sur un même axe. L’ensemble de
poulies sont reliées par l’intermédiaire d’une chaîne sans fin.
L’équilibre du système nous permet d’écrire que :
Wm = WR
Donc F. 2πR = Q.π(R – r)
D’où finalement F =
� .(� −� )
� �
C’est l’effort théorique qu’il faut exercer sur le garant pour soulever la
charge Q d’un mouvement rectiligne uniforme.
Cette formule peut encore s’écrire sous la forme :
�
F = (1 �
) si
�
= m ; on aura : F =
(1 – m)
�
�
�
�
�
m : rapport des rayons des poulies supérieurs ou de leur nombre d’emprunts.
Si : m = 1 ; la charge ne monte pas
Si m ‹ 1 ; c’est l’idéal
Si m > 1 ; la charge descend au lieu de monter quand on agit sur le garant.
Condition d’irréversibilité : m ‹ 0,89
Si l’on pose
1−�
2
= φ ; on aura finalement :
F=
𝝋.�
𝜼
Le chemin parcouru par la charge Q est égale à φ fois celui de F.
Bien que de rendement faible, ce type de palan est intéressant à cause de sa simplicité et de
son prix relativement faible pour des charges allant de 2 à 3 tonnes.
II.6.8. Palan à vis sans fin
Ces palans sont munis d’une roue de manœuvre commandant une vis sans fin et qui engrène
avec une roue hélicoïdale placée sur un axe avec la noix de la chaîne.
Ils sont conçus pour une charge max de 20 tonnes.
Pour 1tour de la roue de manœuvre, on aura :
Wm = WR
�
avec : Wm = F.π.D et WR = 2πr. Q
�
Condition d’irréversibilité :
F=
� � � �
� .�
Pour être irréversible, l’inclinaison de filets de la vis devrait être
de 4° à 6°, mais son rendement deviendrait faible (30% à 40%).
On essaye de relever ce rendement en sacrifiant généralement
la condition d’irréversibilité en prenant une inclinaison de
20% ; et on a le rendement de 55% à 65%. Il faut alors munir le
palan d’un frein spécial maintenant la charge lorsqu’on n’agit
pas sur a roue de manœuvre.
34
II.6.9. Palan à engrenages
Droit
Il se compose d’une noix à chaîne calée sur un même axe qu’un engrenage
droit commandé par un pignon de 4 à 6 dents taillées dans l’arbre sur le quel est calée la roue
de manœuvre.
Le rendement de ce palan est d’environ 70% et peut atteindre 80%.
Comparativement au palan à vis sans fin, le palan à engrenages droits n’est pas encombrant.
Satellites
L’observation des engrenages formés par ce palan permet d’écrire :
Couronne intérieure – pignon mobile
�3
�1
=
=> N
2
�
=
2� 2
.N
�3
� 21
Pignon central – roue intermédiaire
1
Z.N = Z1.N1 =>
�
�
=�
�
1
Si N est connu, on peut tirer :
�
N1 = N
Alors N2 =
� .� 2
N
�1
� 1� 3
35
Si l’on prend un point sur le pignon central, son déplacement par rapport à la couronne dentée
est :
N’ = N + N2 = N + N
� .� 2
= N (1 +
� .� 2
𝑵′
� 1� 3
)
=(� +
� .� �
)
� 1� 3
𝑵
� �� �
Posons Z/Z1 = a et Z2/Z3 =b les rapports de transmission respectivement de 1 avec 2 et de 2 avec
3.
Alors
𝑵′
𝑵
= 1 + a.b
La roue de manœuvre est calée sur l’axe du pignon central et fait N tours. Si D est son diamètre,
la longueur de la chaîne développée est donc πDN.
La noix est commandée par la couronne dentée qui fait N 2 tours , appelons d le diamètre de la
noix.
Soient :
Q la charge à soulever
F l’effort à exercer sur la chaîne de manœuvre
� .�
F=
=
�
� .�
� .�
� .� .� .�
�
Pour 1 tour de la manivelle (roue de manœuvre) :
Wm = F. πD et WR = Q. πdab
Utilisation du Palan de levage
Un fonctionnement sûr et efficace du palan dépend de la classification correcte
du groupe d'exploitation du palan. Selon la norme FEM 9.511, le groupe d'exploitation
du palan doit être déterminé par son spectre de charge et sa durée d'exploitation
journalière moyenne.
a) Spectre de charge
Le spectre de charge peut être déterminé à l'aide du tableau suivant :
Spectre de charge d’un palan
Durée d'exploitation journalière moyenne
La durée d'exploitation journalière moyenne (en heures) du palan peut être calculée à
partir du temps de fonctionnement du système de levage par la relation suivante :
36
Groupe d'exploitation du palan
Lorsque le spectre et la durée d'exploitation journalière moyenne du palan sont identifiés, le
groupe d'exploitation du palan est obtenu à l'aide du tableau suivant :
II.7. TREUILS
Les treuils sont des appareils de levage qui soulèvent des lourdes charges par des forces
relativement faibles.
Le mouvement de rotation du tambour est transformé en mouvement rectiligne continu de la
charge grâce à l’enroulement (déroulement) d’un câble ou d’une chaîne.
II.7.1. Treuil simple
tambour
F
r
manivelle
L
Q
Pour 1 tour de la manivelle :
Wm = F. 2πL et WR = Q. 2πr
D’où : F =
� .𝐫
𝐋
Le rendement global du treuil vaut le produit des rendements des divers organes. On peut
écrire :
η =
η1.η2
37
Avec η1 = rendement du tambour
η2 = rendement de l’arbre
η3 = rendement du treuil
Souvent η1 = 94% ; η2 = 95% et alors η=89%
En tenant compte du rendement, l’effort moteur devient : F’ = F/η
Vitesse de montée de la charge : v = πrN/30
En pratique, l’effort F que peut exercer un manœuvre sur la poignée de la manivelle est
d’environ 150N. Dans le cas où l’on dépasse cette valeur, utiliser une seconde manivelle à
l’autre extrémité ou un treuil à engrenages.
II.7.2. Treuil à engrenages
Soient :
A et C respectivement les pignons du premier et du
deuxième train d’engrenages de ZA et ZC dents et dpA
et dpC diamètres primitifs ;
B et D respectivement les roues dentées du premier
et du deuxième train d’engrenages de ZB et ZD dents
et dpB et dpD diamètres primitifs ;
r et l respectivement les rayons du tambour et de la
manivelle
Considération de nombre de dents
Si la manivelle fait 1tour :
Wm = F. 2πl et WR = Q. 2πr.
� � � �
� � � �
D’où : F =
� .� .� � � �
� .� � � �
Considération des diamètres primitifs
1er train d’engrenages
� .�
(o) F.l = F’.rA => F’ =
� �
(1)
� ′ .� �
� .� .� �
(o’) F’.rB = F’’.rC => F’’=
=
� �� �
� �
38
39
II.7.3. Treuil à vis sans fin
L’engrenage formé par la vis e la roue es caractérisé par la relation :
n.N = Z.N’ soit
� ′
�
=
�
�
avec :
n : nombre d’entrées ou de filets de la vis
N : vitesse de rotation de la vis
N’ : vitesse de rotation de la roue
Z : le nombre de dents de la roue
Pour 1 Our de la manivelle :
Wm = F. 2πl et WR = Q. 2πr.
�
�
� .� .�
. �
�
� .� .�
D’où : F =
𝑳.�
, Pour la roue, Z =
; alors F devient :
F=
� 𝑳�
p
Le rendement de ce treuil varie ordinairement de 50 à 60%. Pour une construction soignée on
peut atteindre 65%.
II.7.4. Treuil différentiel
Pour 1 tour de la manivelle :
Wm = F. 2πl et WR = Q. π(R – r)
D’où : F =
� .( � − � )
� 𝑳.
II.7.5. Treuil à axe vertical ou cabestan : utilisé au port pour le halage des bateaux
C’est un treuil à tambour vertical. La charge se déplace horizontalement.
𝑝
II.7.6. Treuil de pont roulant : dont la charge à soulever es très grande (500 à 30t)
⎯ Système de fin de course :
Compte le nombre de rotation du tambour. Délimite la position finale haute et basse.
40
⎯ Tambour rainuré : améliore l’enroulement du câble. Traite le câble en douceur.
⎯ Rouleau presse-câble : crée des enroulements étalés sur le tambour, ce qui permet
un enroulement propre.
⎯ Interrupteur de mou de câble : signale la formation de mou de câble. Arrête le treuil.
⎯ Tambour débrayable : débrayage manuel du tambour. Uniquement sur les treuils
de halage.
⎯ Carter pour tambour : couvre les parties rotatives. Protège l’utilisateur.
⎯ Dispositif d’enroulement : enroule le câble de façon dirigé par contrainte sur le tambour
41
⎯ Frein à ruban : frein côté tambour, manuel ou entraîné.
⎯ Manivelle de secours : pour un fonctionnement manuel (par exemple en cas de
coupure de courant).
II.8. CRICS ET VÉRINS
CRICS A PIGNON ET CREMAILLERE
Le cric est un appareil de levage mécanique capable de transmettre l’effort à la
charge. C’est un appareil de faible capacité et d’encombrement relativement important. En
particulier, sa hauteur importante empêche, en général, de centrer la charge sur l’appareil. Il
est équipé d’une semelle en console solidaire de l’organe de levage, et le pied repose sur un
socle
déporté.
Cette conception oblige l’utilisateur à prendre quelques précautions d’emploi. Le cric se
compose d’un fût, d’un dispositif de poussée, d’un organe de manœuvre, d’une sécurité de
retenue de la charge.
Le fût peut être en bois ou métallique. Le système de poussée est généralement constitué d’une
crémaillère entraînée par un pignon et d’un organe de manœuvre dont le mouvement est
démultiplié par un ensemble de pignonneries. La sécurité est assurée par un cliquet monté sur
une roue à rochets solidaire du levier de manœuvre ou par l’irréversibilité du mécanisme utilisé.
Les versions les plus utilisées sont celles à pignon-crémaillère et celles à vis-écrou.
II.8.1. Cric simple
Ce cric est constitué par une crémaillère qui est entrainée en translation par une manivelle à
travers un pignon denté.
42
Il es uilisé pour des charges allan jusqu’à 20T e une haueur de
levée de 110 à 600mm seulemen.
Pour 1 tour de la manivelle (un Our du pignon denté) la crémaillère monte ou descend d’une
hauteur égale à la circonférence du pignon.
Théoriquement : Wm = WR
Wm = F. 2πL et WR = Q. 2πr
d’où
F=
� .�
�
Pratiquement : =
� 𝑅
��
et varie entre 65 et 70%
Lorsque l’effort à exercer sur la manivelle devient supérieur à 150 N, on utilise un réducteur
dont le rôle est de modifier l’avantage mécanique. On utilise alors un cric à engrenages.
II.8.2. Cric à engrenages
F=
� .� .� �
𝑳.�
43
Calcul d’une crémaillère
Soient :
a : distance de la ligne théorique de la denture à l’axe de la
crémaillère ;
b : épaisseur de la crémaillère
h : hauteur de la crémaillère dent non comprise.
Le taux de travail de la crémaillère vaut :
(1 +
6.�
ℎ
)
Si p = pas de la crémaillère, on a :
ℎ
𝞼=
�
� ℎ
a = + 0,4p.
2
Extrait de quelques versions pour lesquelles il faudra trouver le rapport entre la charge à
soulever et l’effort moteur sur la manivelle ( AM) en guise d’exercices.
44
45
46
VERINS
II.8.3. Vérins à vis
Le vérin à vis se compose d’un fût et d’un organe de poussée. Le fût du vérin est toujours
métallique ; il est constitué d’une semelle d’appui à la base et d’un corps où se loge l’organe de
poussée.
L’organe de poussée est un ensemble de vis et écrou, généralement à pas carré, et quelquefois
trapézoïdal ; l’écrou est fixé ou incorporé à la tête du fût. Le mécanisme de manœuvre peut
être intégré au vérin ; dans ce cas, il se compose d’un système de levier disposant d’un cliquet
d’entraînement réversible.
Dans d’autres cas, la vis peut être actionnée par une clef séparée ou par une broche que l’on
positionne dans des trous aménagés en tête de vis. Pour que la charge puisse se déplacer, la vis
doit tourner librement ; la tête doit donc, dans tous les cas, être équipée d’un appui tournant.
La pression de contact exercée par le vérin à vis est fonction de l’effort appliqué sur le bras de
levier du mécanisme de manœuvre, de l’inclinaison des filets de la vis, et des divers frottements
du système.
Les vérins à vis sont des appareils de levage précis, offrant une excellente sécurité d’emploi.
Leur encombrement est réduit.
Fonction
La liaison hélicoïdale étant généralement associée à d’autres liaisons, les fonctions principales
qui lui incombent sont la transformation des mouvements et la transmission des efforts.
47
Il faut faire la différence entre la version avec vis en translation et la version avec écrou de
déplacement.
Dans la version avec vis en translation, la vis ne tourne pas mais a un mouvement alternatif
rectiligne.
Dans la version avec écrou de déplacement, la vis tourne et entraîne l'écrou de déplacement
dans un mouvement alternatif rectiligne. Dans les deux versions le mouvement peut se faire
vers le haut ou vers le bas.
Les applications
Les vérins mécaniques à vis sont des composants mécaniques pour la construction de machines
et
trouvent des applications dans des presses, des tables élévatrices, des plateformes élévatrices,
des
scènes de théâtre, des plateformes de travail, des installations de levage, des réglages de
cylindres
de laminoirs, des alimentations de matière, des systèmes de basculement, des tables de
montage
et
des quais de chargement.
Avantages :
Synchronisation précise de plusieurs vérins, y compris avec des charges différentes sur chaque
élément.
100% sécurisés contre la descente car irréversibles.
Entraînement synchrone par moteur électrique ou par manivelle.
Déplacements précis et mesurables.
Fonctionnent dans toutes les positions.
Pas sensibles à la température sur de grandes durées.
48
Deux cas d’utilisation sont à considérer :
La vis progresse contre la charge axiale : montée de la charge
a- Cas de filetage carré : ( = 0)

Le contact est avec frottement : f = tan 
49
50
51
52
53
54
Exemple
Un système vis et écrou de diamètre 25 mm et de pas 5 mm est utilisé verticalement pour
déplacer une charge de 6 kN. Le facteur de frottement entre la vis et l’écrou vaut 0,08.
Quel est le couple nécessaire pour lever la charge ?
Quel est le couple nécessaire pour baisser la charge ?
Quel est le rendement du système ?
55
II.7.3. Vérin à chariot
56
II.7.4. Vérin à vis télescopique :
il est composé de deux ou trois vis filetées dans le même sens et s’ emboitant d’une dans
l’autre. Ce système présente un avantage de rapidité.
II.7.5. Vérin hydraulique (cric hydraulique )
Il est basé sur le principe de presse hydraulique (multiplicateur de force). Son rendement aein
65 à 70%.
exercices
57
58
CHAP. III. ENGINS DE MANUTENTION DISCONTINUE
INTRODUCTION : UN POIDS LOURD DE L’ÉCONOMIE MONDIALE
La manutention des matériaux est le transfert de marchandises brutes de leur lieu
d’origine à leur lieu d’utilisation dans la fabrication, leur manipulation ultérieure dans les
processus de production, ainsi que le transport des produits finis à partir des usines et leur
distribution aux utilisateurs ou jusqu’aux points de vente.
« Chaque fois qu’un client prend un article sur un linéaire, c’est toute une industrie qui œuvre
sans relâche à remplacer cet article afin qu’il soit disponible pour le client suivant,
promptement, de façon transparente et à un coût raisonnable. On oublie trop facilement
l’infrastructure de distribution qui permet de satisfaire la demande d’un grand nombre de
marchandises que les consommateurs s’attendent à trouver partout et en permanence. »
Qu’est-ce que la manutention des matériaux ?
Selon le Ministère américain du Commerce et le Bureau des statistiques du travail
américain, la manutention des matériaux et la logistique associée représentent un secteur de
plusieurs milliards de dollars aux Etats-Unis, employant près de 300 000 personnes. Ces chiffres
n’incluent pas les navires, camions et avions servant au transport des marchandises, mais
prennent en compte la consommation annuelle cumulée d’équipements de manutention de
matériaux (grues, palans, convoyeurs, monorails, chariots, élévateurs, robots, etc.)
Ils englobent également une multitude de services afférents dans lesquels la logistique
informatisée de manutention des matériaux joue un rôle sans cesse croissant pour que le bon
produit soit livré en bon état, dans la bonne quantité, au bon endroit, en temps opportun, en
toute sécurité et au coût approprié.
Face à l’omniprésence de la manutention des matériaux et à l’explosion des échanges
commerciaux mondiaux, en particulier à destination et en provenance de l’Extrême-Orient, il
est pratiquement impossible de chiffrer avec exactitude le marché de la manutention des
matériaux à l’échelle planétaire. Toutefois, sachant que les Etats-Unis représentent plus ou
moins 20% de l’économie mondiale, il est raisonnable de penser que la manutention des
matériaux pèse de 250 à plus de 300 milliards de dollars annuellement au niveau mondial, et il
s’agit sans doute d’une estimation prudente.
Plus d’un millier d’entreprises concurrentes fabriquent des équipements et systèmes de
manutention de matériaux à travers le monde, même si la production planétaire est dominée
par une poignée d’industriels principalement issus des pays développés. Le secteur
traditionnellement fragmenté de la manutention des matériaux a connu une concentration
assez rapide ces dernières années, avec des fusions, acquisitions et cessions à grande échelle,
y compris dans le climat morose du début des années 2000. Cette tendance devrait se
poursuivre, à mesure que le « ticket d’entrée » augmente sous l’effet d’une technologisation et
d’une mondialisation croissantes du secteur et d’une concurrence toujours vive sur les prix.
Aujourd’hui, la manutention des matériaux est un processus intégré, depuis la source
de matières premières jusqu’à l’usine de fabrication ou de montage, puis à la livraison finale.
Les systèmes modernes s’efforcent de réaliser des économies d’échelle par le transport en
grandes quantités (par cargos) et en unités standardisées (conteneurs).
59
La manutention des matériaux englobe également le processus de fabrication. Les
chaînes de montage mobiles à simple flux emploient des grues suspendues et des équipements
de manutention pour la fabrication de produits de grande consommation ou d’appareils
électroménagers, mais aussi de gros équipements tels que des avions ou des locomotives.
Nombre de ces techniques de chaîne de montage sont mises en œuvre dans les terminaux
ferroviaires et portuaires pour le transport des marchandises et des matériaux dans le monde
entier. La manutention des matériaux est donc, par bien des aspects, une application à grande
échelle du processus industriel lui-même.
Le levage est une opération qui consiste à transférer ou manutentionner des charges à l’aide,
principalement de moyens de levage tels que :
 Grues mobiles à flèche télescopique,
 Grues mobiles à flèche treillis,
 Grues auxiliaires,
 Grues à tour,
 Chariots élévateurs,
 Mâts,
 Treuils,
 Ponts roulants,
 Voire même hélicoptère…
Accélération du flux des matériaux et des marchandises
En règle générale, une efficacité optimale de la manutention suppose un équilibre entre la
vitesse souhaitée d’une expédition, d’une part, et sa taille, son poids et sa composition, d’autre
part.
Pour abaisser les coûts et gagner en efficacité, l’objectif ultime est de réduire au minimum le
temps à quai des navires, ou encore les temps d’attente onéreux des avions-cargos, wagons,
camions, etc.
A Hong Kong, l’un des ports les plus actifs du monde, 18 quais s’enchaînent sur une longueur
totale de 6 km pour le chargement-déchargement des porte-conteneurs. En moyenne, les
terminaux prennent globalement en charge environ 35 navires de haute mer par jour, avec un
flux de conteneurs (entrants et sortants) de l’ordre de 32 000 entre les quais et la zone de
stockage. Près de 30 000 camions viennent déposer ou chercher des conteneurs dans ces
terminaux quotidiennement.
Pour faire face à cette intense activité, il est primordial de disposer des engins (grues,
portiques…) pouvant se déplacer très rapidement aussi bien verticalement qu’horizontalement.
Il est donc possible de décharger plus de 30 conteneurs à l’heure sur des chariots qui les
transportent jusqu’à la zone de stockage du terminal.
La manutention des matériaux à une telle cadence, voire encore plus vite, met à rude épreuve
les câbles et systèmes de câblage en termes de flexibilité, de durabilité, de température, de
traction, de couple et d’usure globale.
Etant donné la taille et la complexité de tout site de manutention de grande envergure, il est
essentiel d’y intégrer des outils informatiques, que ce soit pour télécommander les grues et les
équipements ou bien pour épauler la logistique complexe nécessaire à une gestion de la chaîne
d’approvisionnement axée non plus sur le stockage mais sur le flux. Par le passé, les stocks
étaient toujours vus comme « statiques » alors qu’aujourd’hui ils sont considérés comme étant
« en mouvement «, suivant la nouvelle philosophie des flux tendus (JIT, Just In Time).
60
Les clients exigent aujourd’hui de leurs fournisseurs des livraisons en lots plus petits, avec des
niveaux supérieurs de qualité et dans des délais plus courts. Ils s’attendent à des avancées
technologiques continues qui compriment les temps de développement des produits et
raccourcissent leurs cycles de vie. Les équipements de manutention de matériaux sont le
principal facteur influant sur cette évolution.
Cela signifie que le client final ainsi que les entreprises chargées de la planification et de la
fourniture des équipements de manutention des matériaux demandent des systèmes plus
intelligents. Cela vaut également pour les grues et robots de plus petite taille employés sur les
chaînes de montage industrielles, qui doivent offrir une capacité accrue de transmission de
données aussi bien pour le contrôle des processus de fabrication que pour le stockage des
informations d’entreposage et de distribution.
Un système statique et dédié de manutention ne suffit plus à répondre à l’évolution constante
des habitudes de consommation et des schémas de distribution des marchandises. Les grues et
engins de transport de tous types ne doivent plus opérer de manière autonome mais plutôt
s’inscrire dans une chaîne logistique dynamique et riche en informations, qui va de l’acquisition
initiale des matériaux à la livraison sur le point de vente final. Des systèmes d’identification
automatique (lecteurs de codes-barres, RFID), de pesage et de suivi en temps réel seront
interconnectés à des logiciels de gestion d’entrepôt et de transport. Enfin, un système
totalement intégré de manutention des produits, s’appuyant sur Internet, procurera une
visibilité et une souplesse sans précédent permettant de prendre en charge toutes sortes de
matériaux ou de marchandises, transportés en tout point du globe par air, terre ou mer.
C’est cette exigence d’informations qui a conduit de nombreux fabricants de grues et d’autres
équipements à doter d’ores et déjà leurs produits de capacités accrues de transmission de
données, qu’il s’agisse de câbles hybrides énergie-données à technologies cuivre ou bien de
solutions entièrement à base de fibre optiques.
Ces câbles de grue « plus intelligents » doivent satisfaire les critères évoqués plus haut en
termes de vitesse de déplacement et d’usure.
Grossistes, fabricants de composants et de systèmes, constructeurs de grues complètes
(équipementiers OEM) ou utilisateurs finaux (exploitants de terminaux portuaires, aériens ou
ferroviaires, services publics, industrie lourde) souhaitent tous voir apparaître des grues plus
grandes et plus rapides, capables de transporter, charger et décharger des matériaux en toute
sécurité, sans le risque de retards et de dysfonctionnements coûteux. Ils voudraient également
davantage de fonctions de commande et de transmission de données afin de faciliter
l’exploitation et la logistique. Avant tout, ils attendent aussi bien des câbles standard du
commerce, synonymes d’interopérabilité et de facilité d’approvisionnement, que des câbles
haut de gamme pouvant contribuer à réduire le coût unitaire de traitement et à engendrer des
gains d’efficacité.
III.1. Pont roulant
Définitions
Les poutres roulantes, ponts roulants, portiques et semi-portiques sont des appareils de levage
destinés à soulever et à déplacer des charges. Ils se déplacent sur des chemins de roulement
parallèles, leur organe de préhension (crochet ou autre accessoire de levage) est suspendu par
61
l’intermédiaire d’un câble et de poulies à un mécanisme de levage (treuil ou palan) susceptible
de se déplacer perpendiculairement aux chemins de roulement de l’appareil.
Description
Le pont roulant est un moyen de manutention indispensable dans bien des secteurs industriels.
Tels que les centrales hydrauliques, les constructions navales, l'armement, les cimenteries, la
sidérurgie, les usines d'incinération d'ordures ménagères, etc .
Il se compose généralement de :
⎯ Une poutre simple ou composée appelée portée ou poutre porteuse ;
⎯ Deux sommiers sur lesquels se trouvent fixées les extrémités de la poutre
porteuse et qui portent également les roues ou galets permettant au pont de se
mouvoir longitudinalement ;
⎯ Un chariot mobile le long de la poutre porteuse qui porte l'engin de levage.
Ces appareils permettent, au moyen des mouvements de levage, direction et translation, de
déplacer ou de transborder une charge en tout point d'un volume parallélépipédique.
Fonctionnement
Les ponts roulants sont généralement installés dans des halls industriels, dans des entrepôts
des ports, sur des chantiers navals etc. Ils permettent la manutention de la charge dans tout
l'espace où ils sont installés. Ils sont installés en hauteur et circulent sur des rails fixés sur des
poutres de roulement généralement en acier, reposant sur des poteaux.
Les trois mouvements de déplacement sont :
⎯ Translation, suivant l’axe des voies de roulement (plus grande distance)
correspondant à un mouvement d'ensemble du pont ;
⎯ Direction, suivant l’axe transversal ; généré par un déplacement du chariot ;
62
⎯ Levage, suivant l’axe vertical ; levage ou descente de la charge dû à un mouvement
du treuil et donc des câbles.
Ils diffèrent notamment par la conception et la réalisation de leurs charpentes, mécanismes et
équipements, leur capacité de levage, les vitesses de leurs différents mouvements, leur mode
de commande ainsi que leurs utilisations les plus diverses dans de très nombreuses industries.
TYPOLOGIE DE PONTS ROULANTS
On distingue deux familles principales d’appareils dont la construction peut être des deux types
suivants :
Pont roulant monopoutre
Le pont roulant est dit monopoutre, lorsque sa charpente est réalisée avec une seule poutre (le
chariot de levage est alors monorail) ; Il peut être :
⎯ posé, lorsque l’appareil roule sur deux voies de roulement constituées par un rail
qui repose sur une poutre de roulement reprise sur les poteaux du bâtiment ou de l’aire
de travail ou de stockage par l’intermédiaire de corbeaux (pièce en forme de
trapèze rectangle métallique ou en béton qui assure la liaison entre le chemin de
roulement et le poteau) ;
⎯ suspendu, lorsque l’appareil roule sur l’aile inférieure d’un profilé repris
directement sur les fermes du bâtiment. Ces chemins de roulement peuvent comporter
plus de deux voies de roulement. Ils peuvent en outre être équipés de plusieurs
moyens de levage pour desservir toute la surface du bâtiment.
Pont roulant bipoutre
Le pont est dit bipoutre lorsque sa charpente est constituée de deux poutres, le chariot de
levage est alors du type birail. Tout comme le pont roulant monopoutre, le pont bipoutre peut
aussi être posé ou suspendu.
CLASSIFICATION DE PONTS ROULANTS
Les ponts roulants sont classés selon deux critères :
⎯ l’état de chargement et
63
⎯ la fréquence d’utilisation.
Classification selon l’état de chargement
Le tableau 1 définit les classes Q1 à Q4 (du pont roulant le moins chargé au plus chargé) selon
l’état de chargement du pont roulant. Ces états de chargement servent dans quelle
proportion le pont roulant est utilisé à sa charge nominale ou à des charges plus faibles.
Classe
Q1 : très léger
Q2 : léger
Q3 : moyen
Q4 : lourd
Etat de chargement
Ponts roulants ne soulevant qu’exceptionnellement la charge
nominale et
régulièrement de faibles charges.
Ponts roulants ne soulevant que rarement la charge nominale et
régulièrement des charges de l’ordre de 1/3 de la charge nominale.
Ponts roulants soulevant assez fréquemment la charge nominale et
régulièrement des charges comprises entre 1/3 et2/3 de la charge
nominale.
Ponts roulants régulièrement chargés au voisinage de la charge
nominale.
Classification selon la fréquence d’utilisation
Le tableau Montre la répartition des ponts dans les classes U1à U9 (du pont roulant le moins
utilisé au plus utilisé) selon la fréquence d’utilisation, c'est-à-dire la durée
effective de fonctionnement pendant la durée d’exploitation. De plus, le nombre de cycles de
levage prévisible pendant cette durée, donc à considérer pour la vérification à
la fatigue, y figure également.
Nombre de cycles de levage
Classe Fréquence d’utilisation
prévisible pendant la durée de
service
U0
1,60 .104
Utilisation occasionnelle, non régulière,
3,20 .104
U1
suivie de longues périodes de repos.
U2
6,30 .104
U3
1,25 .105
Utilisation régulière en service intermittent
2,50 .105
U4
U5
5,00 .105
Utilisation régulière en service intensif.
U6
1,00 .106
U7
2,00 .106
Utilisation régulière en service intensif
4,00.106
U8
assuré à plus d’un poste
U9
>4,00 .106
Classification des ponts roulants selon la fréquence d’utilisation
Classification par combinaison des états précédents
Le tableau ci-après donne quelques exemples de classification de ponts roulants les plus
couramment utilisés par combinaison de l’état de chargement et de la fréquence d’utilisation.
Description du pont roulant
Etat de chargement
Pont roulant de centrale
QI à Q2
Fréquence
d'utilisation
UOàU2
Q2 à Q3
UOàU2
Q2 àQ3
U3 àU6
Q2 àQ3
U3 àU4
Q4
U3 àU9
Q4
U3 àU6
64
Pont roulant de montage et de démontage pour
salle de machines
Pont roulant d'entrepôt
Pont roulant d'atelier (par exemple de construction
métallique)
Pont roulant à grappin
Pont roulant pour dépôt de ferraille ou pont roulant
à électro aimant
Pont roulant de coulée et pont vireur de forge
Q4
U3 àU9
Pont roulant pour conteneurs
Q3
U3 àU6
Classification des ponts roulants par combinaison des états précédents
Estimation de la durée de vie d’un pont roulant
Il est primordial lors du choix d’un pont roulant de préciser les conditions d’utilisation de
l’appareil afin de pouvoir le choisir conformément à l’utilisation prévue.
La classification des conditions de service se fait par la détermination de trois paramètres
principaux qu’il sera nécessaire de déterminer avant toute commande d’un nouvel
équipement :
Le nombre total de cycles de travail au cours de la durée de vie spécifiée ;
Le facteur de spectre de charge ;
Les distances moyennes.
Dix classes sont définies en fonction du nombre de cycles de travail attendu :
classe
U0
U1
U2
U3
U4
U5
U6
U7
U8
U9
Nombre total de cycles de travail
Nmax ≤
16 000
16 000  Nmax ≤
31 500
31 500  Nmax ≤
63 500
63 000  Nmax ≤
125 000
125 000  Nmax ≤
250 000
250 000  Nmax ≤
500 000
500 000  Nmax ≤ 1 000 000
1 000 000  Nmax ≤ 2 000 000
2 000 000  Nmax ≤ 4 000 000
4 000 000  Nmax ≤ 8 000 000
Une façon simple de déterminer la classe d’utilisation pourra être de faire le produit :
- Du nombre de cycles de levage que l’appareil devra accomplir en moyenne chaque
jour où il est utilisé ;
- Du nombre moyen de jours d’utilisation par an ;
- Du nombre d’années après lequel l’engin pourra être considéré comme devant
être remplacé.
Exemple : Un pont roulant d’atelier servant à la réparation d’engins. Par heure, il lèvera une
dizaine de pièces durant environ 7 heures par jour. Le nombre de jours travaillés par an dans
cette société est d’environ 220. Le chef d’entreprise souhaite une durée de vie de son pont de
20 ans.
65
On a donc nmax ; = 10 x 7 x 220 = 308 000 cycles.
Notre pont aura donc une classe : U5.
Le facteur de spectre de charge
Le spectre de charge caractérise l’ensemble des charges levées durant la durée totale
d’utilisation du pont roulant au vu de sa capacité nominale.
Symbole Facteur de spectre KQ
Q0
KQ ≤ 0,0313
Q1
0,0313  KQ ≤ 0,0625
Q2
Q3
Q4
Q5
0,0625  KQ ≤ 0,125
0,125  KQ ≤ 0,25
0,25  KQ ≤ 0,5
0,5  KQ ≤ 1
Recommandation pour le choix des classes U et Q des ponts roulants.
Type d’appareil
Classe
U
Appareils de levage manuel
U0 – U2
Appareils de levage en général, à crochet
U2 – U5
Appareils de levage d’usine et d’entrepôt, fonctionnement intermittent
U2 – U5
Appareils de levage d’entrepôt, fonctionnement continu
U5 – U8
Ponts roulants de papeterie en cours de process
U3 – U5
Ponts e portiques de cale, à crochet
U2 – U5
Appareils de levage pour le processus de production d’acier
U4 – U6
Appareils de levage de terminaux, avec pneus en caoutchouc ou montés U5 – U7
sur rails
Portiques portuaires de transfert de conteneurs
U6 – U8
Ponts de manutention de déchets
U5 – U8
Classe
Q
Q1 – Q4
Q0 – Q2
Q1 – Q3
Q1 – Q3
Q3 – Q5
Q1 – Q3
Q3 – Q5
Q2 – Q3
Q2 – Q3
Q3 – Q5
Les distances moyennes
La fonction de chaque mouvement de l’appareil de levage (levage, direction et translation)
indiquée par les déplacements moyens durant les cycles de travail de l’appareil de levage.
Les déplacements pour chacun des mouvements représentent uniquement les parties sous
charge du cycle de travail. Dans ces déplacements moyens est aussi pris en compte le
déplacement retour.
Classe D des mécanismes
classe Déplacement moyen Xlin (m) pour les
calculs de conception
D0
Xlin ≤ 0,63
D1
0,63  Xlin ≤ 1,25
D2
1,25  Xlin ≤ 2,5
D3
2,5  Xlin ≤ 5
D4
5  Xlin ≤ 10
66
D5
D6
D7
D8
D9
Exemple :
10  Xlin ≤ 20
20  Xlin ≤ 40
40  Xlin ≤ 80
80  Xlin ≤ 160
160  Xlin ≤ 320
Déplacements moyens basés sur l’utilisation
prévue :
L = 15 mètres
S = 6 mètres
H1 = 10 mètres
H2 = 5 mètres
on a donc:
Translation Direction
Xlin = 15m Xlin = 6m
D5
D4
levage
Xlin = 10+5 = 15m
D5
Charpente
La charpente des ponts roulants peut-être réalisée selon les cas en profilés, en treillis, en
caissons, en structure mécano-soudée ou mixte.
Elle peut être du type mono poutre, bipoutre ou multi poutre et revêtir diverses configurations,
telles que représentées ci-dessous:
Les semi-portiques et portiques peuvent être équipés d’un ou deux avant -becs.
67
68
69
70
71
72
Les principaux éléments constitutifs de la charpente sont :
La ou les poutres principalement, éventuellement renforcées par une poutre de rive, qui
supporte le mécanisme de levage auquel est suspendue la charge ;
Les sommiers, éléments transversaux assemblés avec la ou les poutres principales, qui reposent
sur les chemins de roulement par l’intermédiaire de galets ou de boggies ;
Les contreventements horizontaux et verticaux.
73
Réalisation des principaux mouvements
Les différents mouvements d’un pont roulant : levage, direction, translation, orientation : sont
assurés par les mécanismes ci-dessous :
Levage : (treuil de levage pour les appareils bipoutre et palan pour les poutres roulantes, les
ponts et les portiques) : le mécanisme de levage assure la montée et la descente de la charge ;
il est essentiellement constitué d’un moteur, d’un frein, éventuellement d’un frein de sécurité,
d’un réducteur, d’un tambour pour l’enroulement du câble de levage ou, lorsqu’il s’agit d’un
palan à chaine, d’une noix ou pignon à chaine pour l’entraînement de celle-ci.
La direction : le mécanisme de direction assure le déplacement du/des chariots porte palan, ou
du/des chariots porte -treuil perpendiculairement au sens de déplacement du pont.
74
La translation : le mécanisme de translation assure le mouvement du pont roulant sur les
chemins de roulement. Ce mouvement est assuré :
Soit par un moteur commandant un arbre de transmission relié aux galets de roulement ;
Soit par deux ou quatre moteurs synchronisés entrainant chacun un galet de roulement.
Orientation : le mécanisme d’orientation ou de giration assure la rotation de la charge autour
d’un axe vertical ; il peut être intégré au chariot porte -treuil, à l’organe de préhension (crochet
à rotation motorisée) ou à un accessoire de levage.
Commandes
D’une façon générale, les ponts roulants sont commandés à partir d’une cabine ou du sol ; plus
rarement, ils sont automatisés totalement ou en partie.
Dans le cas de plusieurs postes de commande pour un appareil de levage, un seul poste doit
être opérationnel à la fois (par exemple, soit commandes en cabine, soit commandes au sol)
afin que les opérateurs ne puissent se mettre en danger mutuellement.
Commandes en cabine
les commandes en cabine procurent au pontier une meilleure visibilité de la charge et de
l’itinéraire à emprunter. Elles offrent l possibilité de protéger le pontier contre :
Les intempéries : chaleur, froid, courants d’air, averses de pluie, notamment lorsque l’appareil
est à l’extérieur ;
Les nuisances industrielles : chaleur, rayonnements, poussières, vapeurs nocives, à condition
d’être spécialement équipées.
Elles peuvent être fixes, mobiles ou orientables.
Elles sont notamment utilisées lorsque les taches à effectuer nécessitent la présence d’un
pontier à temps complet.
Commande au sol
Les commandes au sol s’effectuent à l’aide d’une boite à boutons pendante ou d’une
télécommande.
Elles sont admissibles pour des vitesses de direction et translation compatibles avec le
déplacement d’un homme ou pas et avec l’encombrement au sol.
75
Boîte à boutons pendante
La boîte à boutons-poussoirs est suspendue au pont roulant ; elle peut être selon les cas :
Fixée à l’extrémité de la poutre principale ;
Mobile le long de la poutre principale (cette disposition est particulièrement conseillée) ;
Fixée au palan ou au chariot porte -treuil.
P1 = (150 kN) schématise le poids de la partie camion, P2 = (90 kN) le poids du corps de la grue
et P3 = (70 kN) le poids de la flèche télescopique. Déterminer la résultante des trois forces.
III.2. La grue.
Différentes grues ci-dessous peuvent être utilisées lors des manœuvres de manutention de
grande envergure :
⎯ Grues mobiles à flèche télescopique,
⎯ Grues mobiles à flèche treillis,
⎯ Grues auxiliaires,
⎯ Grues à tour,
⎯ Grue de bord à portée variable ;
⎯ Grue flottante ;
⎯ Grue roulante
⎯ ec
Les différents types de grues mobiles :
Mode de déplacement
⎯ Routier automotrice immatriculée (tout terrain ou non) automotrice non immatriculée
(tout terrain ou non) sur porteur automoteur tracté
⎯ Non routier sur chenilles sur bandages ou rails sur ponton
Equipement
⎯ Treillis
⎯ Télescopique avec ou sans fléchette
⎯ Spécial (articulé, mât, sky-horse, ringer)....)
76
II.2. Les grues mobiles de chargement
II.2.1. Introduction :
Dans la famille déjà vaste des appareils de levage, les grues mobiles de chargement
représentent une catégorie de matériel qui est déclinée en un certain nombre de types
particuliers de machines qui correspondent aux divers travaux auxquels celles-ci sont destinées.
Cependant, toutes ces machines possèdent entre elles des points communs qui les
caractérisent bien.
Elles se composent d’une structure de base qui contient les éléments permettant d’assurer la
mobilité et la stabilité. Cette structure de base supporte une structure supérieure qui reçoit la
flèche de manutention et les éléments des fonctions permettant la manutention des charges :
levage, relevage, éventuellement orientation lorsque cette structure supérieure pivote autour
d’un axe vertical par rapport au châssis, et télescopage lorsque la flèche est de longueur
variable en cours de travail.
Ces machines sont conçues pour pouvoir déplacer les charges dans l’espace à l’aide des
fonctions citées ci-dessus. Les déplacements de charge sont limités par la stabilité de la machine
et la résistance des éléments qui la composent, de telle façon que la sécurité de travail soit
assurée en permanence, en conformité avec les réglementations en vigueur et en tenant
compte des conditions environnementales.
Les grues mobiles sont capables de manutentionner pratiquement tous les produits existants,
dans la limite de leurs capacités, c’est-à-dire qu’il est parfois nécessaire, si les conditions de
manutention sont préalablement connues, de dimensionner les colis en fonction des capacités
de la grue ou, sinon, d’en trouver une de capacités supérieures si les colis ne sont pas sécables
ou adaptables. Les charges sont en général manutentionnées au moyen du crochet, mais
certains produits demandent soit un conditionnement spécifique, soit la nécessité d’utiliser un
équipement particulier, pendu au crochet (bennes à béton, pinces...) ou amarré directement
au câble (bennes preneuses, grappins...).
II.2.2. Conception générale :
La conception de grues mobiles utilise des techniques variées et nécessite pour des raisons à la
fois économiques et réglementaires de prendre en compte de nombreux règlements, normes
et directives. A moins de spécifications particulières, les grues mobiles privilégient le rapport
poids/performances. Elles se composent principalement d’un châssis, d’une tourelle et d’une
flèche.
II.2.2.1. Le châssis : À un triple rôle
— supporter la grue proprement dite, également nommée tourelle
— assurer la stabilité de la machine en cours de travail ;
— assurer la mobilité de la machine avec ou sans charge suivant le type de grue.
II.2.2.2. La tourelle :
Appelée aussi partie haute ou partie tournante, reçoit :
— le mécanisme d’orientation qui assure la liaison avec le châssis ;
— le support de la flèche et de son système de relevage ;
— le levage, assuré par un ou plusieurs treuils ;
— les composants et circuits d’alimentation des fonctions en énergie motrice ;
— le poste de conduite de la grue, parfois situé sur le châssis ;
— le contrepoids qui participe à la stabilité de la grue.
II.2.2.3.La flèche :
77
On rencontre deux grands types de flèches
Les flèches treillis :
Sont surtout destinées aux machines de chantier peu mobiles. Ce sont des flèches simples,
rustiques, qui offrent un rapport poids/performances avantageux et d’un coût plus faible que
celui des flèches télescopiques. Elles ont l’inconvénient d’être encombrantes, peu maniables et
longues à mettre en œuvre. Cependant, lorsqu’il s’agit d’aller à de très grandes hauteurs et/ou
de très grandes portées (au-delà de 100 m), ou lors de manutention de charges lourdes (audelà de 500 t) et encombrantes, il n’y a que les grues à flèche treillis qui sont en mesure de
réaliser ces opérations.
Les flèches télescopiques :
Actuelles sont constituées d’éléments de grande longueur, en tôles minces soudées,
s’emboîtant les uns dans les autres. Un mécanisme, avec au moins un vérin hydraulique, permet
leur déplacement relatif. Aux extrémités de chaque élément, un système de guidage reprend
les efforts statiques et dynamiques produits par les charges.
78
79
80
II.2.3. Différents types de grues mobiles :
II.2.3.1 Machines sur chenilles :
Les charges maximales s’échelonnent d’environ 15 à 2 000 t. Ces dernières sont rares et doivent
être transportées en éléments séparés sur les chantiers où elles exécutent des travaux très
spécifiques. Ce sont des grues à flèche treillis qui évoluent sur des chantiers peu aménagés où
la pression au sol doit être faible (0,1 à 1,5 kg/cm2). Les déplacements sont courts (quelques
centaines de mètres au plus), à faible vitesse (5 km/h à vide, de 0 à 2 km/h en charge sur sol
plat aménagé). Sauf pour les grues de capacité supérieure à 100 t environ, les châssis sont
souvent des châssis d’engins de terrassement (pelles hydrauliques, par exemple), produits en
plus grande quantité que les grues.
Pour les grosses charges, les machines restent à poste fixe et sont équipées d’un important
contrepoids, très en arrière de l’axe d’orientation. Celui-ci ne participe à la stabilité que lorsque
la charge tend à faire basculer la tourelle sur l’avant. Il évite à la grue de basculer sur l’arrière
en reprenant appui au sol lorsqu’elle ne lève pas de charge.
L’entraînement des chenilles se fait souvent par des motoréducteurs hydrauliques. Les chenilles
sont équipées de tuiles différentes adaptées aux terrains sur lesquels elles évoluent.
81
II.2.3.2 Machines sur pneumatiques
Elles représentent la plus grande partie des types de grues mobiles : Grues de parc, grues
automotrices tous terrains, grues sur camion et grues automotrices rapides (figure II.4).
Grues de parc : De petites capacités, compactes et maniables, utilisées souvent comme les
chariots élévateurs, elles sont chargées des tâches que ceux-ci ne peuvent pas toujours
accomplir (hauteur ou distance de prise ou de stockage ; impossibilité de positionner la charge
sur une palette...).
Grues automotrices tous terrains : La gamme des charges, réduite par rapport aux autres types
de grues, s’étend de 12 à 80 t. Utilisées sur les chantiers comme aide au montage d’engins et
d’installations fixes, déplacement de matériel de chantier, pose de ferraillages, de charpentes...
Grues sur camions : Les charges s’échelonnent de 15 à 500 t (télescopiques) et 1 000 t (treillis).
Pour permettre un accès direct et permanent au réseau routier et donner plus de mobilité aux
grues de service, les constructeurs ont développé un type de machine qui consiste à adapter
une tourelle de grue complète, avec sa flèche, sur un camion.
82
II.3. Sécurités liées au travail de la grue
Le but des sécurités est de protéger la vie et la santé des personnes qui utilisent ou se trouvent
dans l’environnement des machines. Elles interrompent les mouvements en cours de
manœuvre ou évitent de les faire si certaines conditions ne sont pas remplies (limite de course,
surcharge...).
⎯ Éviter les surcharges et les positions dangereuses.
⎯ Les fins de courses des vérins se font généralement par butée mécanique du piston.
⎯ Les fins de courses hautes et basses des câbles agissent sur la commande des treuils
ou sur les fonctions qui pourraient avoir le même effet.
⎯ Des limiteurs de pression évitent de surcharger le circuit hydraulique en cas de
blocage mécanique.
⎯ Des clapets de surpression évitent de transmettre des surcharges sur les récepteurs
par des actions externes à la fonction des récepteurs considérés (par exemple, surcharge
du vérin de relevage en levant une charge au treuil avec le contrôleur d’état de
charge
shunté).
⎯ Des clapets anti retour pilotés situés sur les orifices des chambres des
vérins maintiennent les vérins en position lorsque la commande est désactivée.
⎯ Des régulateurs de débit placés sur les lignes d’alimentation des récepteurs
évitent l’emballement des mouvements lorsque la charge est motrice.
⎯ Des freins maintiennent en position les treuils et les orientations lorsque la
commande est désactivée…
Classification des grues
La classification des grues d’après leur genre et importance de leur service se fait de 4 façons :
⎯ La durée relative de service
C’est le rapport entre le temps de service sans arrêt et celui avec les arrêts compris. On
distingue les petites et les grandes durées de service relatives.
83
⎯ La charge relative
Elle est grande lorsque le maximum de la charge admissible est entièrement ou à peu près
atteint à chaque cycle de travail.
Elle est petite lorsque la charge est souvent sensiblement inférieure au maximum admissible.
⎯ L’importance ou grandeur des chocs
Des chocs se produisent pendant la manœuvre de la charge et pendant le trajet du chariot ou
de la grue. Les chocs provoqués par le mouvement de la charge dépendent de la vitesse et du
genre de travail.
Les chocs pendant le trajet du chariot ou de la grue sont normaux jusqu’aux vitesses de
translation de 1,5m/s. aux vitesses supérieures, ils sont grands.
Groupe
Durée
de Charge
chocs
Coefficient
Coefficient
service
relative
de choc ρ
d’équilibre Ψ
I
Courte
Petite
Normaux
1,1
1,2
II
Longue
Petite
Normaux
Courte
Grande
Normaux
1,2
1,4
Courte
Petite
Forts
III
Longue
Grande
Normaux
Longue
Petite
Forts
1,3
1,6
Courte
Grande
Forts
IV
longue
grande
forts
1,4
1,9
Calcul de stabilité des grues : cas d’une grue roulante
Le calcul de l’ossature, de la structure et de l’orientation sort du cadre de ce cours et ne
présentent de ce fait rien de spécial. Le seul point envisagé est la stabilité de la grue.
Soient :
P : la charge à soulever (câble, crochet, poulies supérieures compris) ;
P’ : le poids propre de la flèche ;
P’’ : le poids propre du pivot ;
P’’’ : le poids propre du truck (véhicule) ;
Q : le contrepoids
On admet généralement que la stabilité est suffisante quand la résultante de toutes les charges
passe à 0,15m au dedans du rectangle formé par les roues.
⎯ Flèche placée dans la direction de la voie
La roue aura une tendance de basculement autour de la roue arrière 01. Pour l’équilibre, la
somme des moments autour de ce point doit être nulle :
⅀Mo1 = 0
P(a-c) + P’(a’-c) – (P’’+P’’’)c – Q(a’’+c) = M (moment de basculement) (1)
Le moment de stabilisation est donné par :
x. R = Mo1R
avec R = P+P’+P’’+P’’’+Q (2)
84
(1) =(2) → x. R = P(a-c) + P’(a’-c) – (P’’+P’’’)c – Q(a’’+c)
x = (P (a-c) + P’(a’-c) – (P’’+P’’’) c – Q (a’’+c))/R
Cette distance x doit avoir une valeur négative c'est-à-dire tomber à gauche du point
d’équilibre.
⎯ Flèche placée dans la direction de la voie : grue déchargée
Si la grue reste dans la même direction et qu’elle est libre, sans charge, l’appui sera sur la roue
avant, côté contrepoids (point 02).
L’équation de la stabilité sera :
Mo2 = P’(a’+c) + (P’’+P’’’) c – Q (a’’- c)
→ x >0 avec R sur la roue arrière et vaut R = P’+P’’+P’’’+Q
⎯ Flèche perpendiculaire à la direction de la voie
Pour la position perpendiculaire à la voie, on considère 2c comme distance d’axe en axe des
rails.
Grue chargée
Mo1=Mo2 = P(a-c) + P’(a’-c) – (P’’+P’’’)c – Q(a’’+c) = x. R
85
Grue déchargée
P’(a’-c) – (P’’+P’’’)c – Q(a’’+c) = x. R
86
87
III.3. Ascenseur et monte-charges.
Des divers types, ils sont utilisés dans les immeubles et l’industrie. La charge (ou les
personnes) est transportée dans une cabine. Ces appareils sont généralement à actionnement
automatique commandé par boutons-poussoirs. Ils se laissent desservir par les usagers sans
personnel qualifié. Pour assurer la sécurité, on installe le verrouillage des portes lorsque la
cabine ne se trouve pas à leur niveau.
Définitions
Appareil élévateur installé à demeure, desservant des niveaux définis, comportant une cabine,
dont les dimensions et la constitution permettent manifestement l'accès à des personnes, se
déplaçant, au moins partiellement, le long de guides verticaux ou dont l'inclinaison sur la
verticale est inférieure à 15°.
88
Appellations
Le terme d'ascenseur est réservé aux appareils qui permettent de transporter
verticalement des personnes entre différents niveaux.
Lorsqu'il s'agit de déplacer des produits, des matériaux, des objets, etc... on emploie le terme
général de monte-charge.
Suivant la nature de la charge transportée on rencontre :
⎯ les monte-voitures (garages).
⎯ les monte-chariots (usines).
⎯ les monte-décors (théâtres).
⎯ les monte-scories (aciéries).
⎯ les monte-fûts (magasins), etc...
NOTA : Certains de ces appareils peuvent également transporter en même temps des
personnes : les monte-charges accompagnés. les monte-malades.
La machinnerie
Position de la machinerie
⎯ soit en haut (suspension directe,
⎯ soit en bas (partie inférieure ; longueur des câbles 3 fois plus grande).
⎯ soit latéralement (en partie haute ou basse ).
Il peut exister dans certains cas un local de poulies de renvoi.
89
Les ascenseurs se différencient par :
leur usage : ascenseurs pour personnes, monte-charges ou mixes (ascenseurs de service) ;
⎯ leurs caractéristiques : ascenseurs simples ou spécialisés (ascenseurs de cliniques
et hôpitaux ) ;
⎯ leur mode de traction : électrique, hydraulique (pison) ou autre (à vis, à chaîne
guidée ou à pignon et crémaillères ) ;
⎯ leurs vitesses : simples ou en batterie coordonnée.
90
CHAP. IV. ENGINS DE MANUTENTION CONTINUE
TRANSPORT DES MATIERES PREMIERES DANS LES USINES DE FABRICATION MECANIQUE
Les transporteurs élévateurs : MONTE-CHARGE, CHAINE A GODETS OU A CROCHET,
COURROIE TRANSPORTEUSE, VIS D’ARCHIMEDE, ESCALIERS ….
La livraison intérieure ou extérieure des matières implique le cheminement de celles-ci vers les
lieux d’utilisation, de consommation ou de stockage.
Qu’il s’agisse de l’administration ou de la fabrication, tout cheminement fait appel au moyen
de transmission ou de transport mieux approprié aux matières premières en cours de
fabrication ou des produits fabriqués.
Ces transports doivent être organisés de façon à provoquer le minimum possible
d’encombrement, à assurer la continuité de déplacement et la rapidité en le plus possible
l’économie dans le rythme d’utilisation et de prestation du personnel.
Transfert des matières dans l’industrie à système de travail par chaîne commandée.
Les dispositifs particuliers de convoyeurs de matières intervenant dans le système de travail à
chaîne commandée procure des avantages propres à tout travail à chaîne :
Le minimum d’encombrement ;
Déplacement en sens unique ;
L’économie du personnel de manœuvre.
Diversité des dispositifs de transfert
Abstraction faite des moyens spéciaux de transport pour des travaux à la chaîne on utilise les
moyens de transport les plus divers allant de la simple brouette à bras jusqu’aux ponts roulants
et aux wagons de chemin de fer mus par des locomotives à vapeur ou à l’électricité.
Leurs emplois respectifs dépendent des circonstances de la fabrication, de la nature des
bâtiments, des installations et de l’importance des entreprises.
Réseaux des voies ferreux.
Une usine se compose de multiples bâtiments distincts et d’importants magasins : un réseau
des voies ferreux intérieures est nécessaire à ses propres transports. Des voies ferreux sont
disposées de façon à former le plus possible un réseau fermé et comprenant des aiguillages par
les quels s’opèrent des bifurcations nécessaires en évitant des voies en cul de sac ou en impasse
dont les rebroussements sont cause des manœuvres difficiles ou lentes.
La constitution du circuit complet des voies ferreux exige des grands espaces qui ne sont pas
toujours disponibles.
Dans les usines importantes, les voies ferreux à grand écartement servent au transport de
relation avec l’extérieur et les voies à petit écartement sont pour les véhicules moins lourds et
conviennent au maximum au déplacement des petites charges. Elles se prêtent enfin au
transport de l’intérieur.
Rails suspendus
Il arrive que les rails soient suspendus au lieu d’être posés par terre pour faciliter le
déplacement des charges assez faibles afin de les amener directement en hauteur des machines
sur lesquelles elles doivent être placées. Cette façon de faire a l’avantage d’éviter
l’encombrement au sol.
91
Aux rails suspendus ou aériens se rattachent les ponts roulants qui peuvent soulever des
lourdes charges (machines ou pièces).
Etude d’une installation de manutention continue
Analyse :
1) recherche de données pour faire l’étude :
⎯ Nature du produit ;
⎯ Le débit imposé : débit moyen, débit de pointe ;
⎯ Utilisation en termes de nombre d’heures ;
⎯ Topographie des lieux ;
⎯ Les appuis possibles ;
⎯ Les moyens d’alimentation (courroie, trémies,) ;
⎯ Les conditions de dépose ;
⎯ Les conditions climatiques
2) L’ingénieur de fabrication ou d’exploitation défini le programme d’installation :
⎯ Détermine le matériel nécessaire aux opérations ;
⎯ Prévoit les liaisons indispensables à l’utilisation de ce matériel ;
⎯ race schématiquement le circuit général de la manutention.
Sur base de 1) et 2), l’ingénieur va faire l’étude comparative de procédés de manutentions
complets possibles
Choisir des procédés qui conviennent après consultation éventuel avec les fournisseurs. Ce type
de choix peut se faire par un ingénieur de l’entreprise ou un ingénieur extérieur en fonction des
compétences.
Exécution de la commande : il doit avoir l’aval du chef de l’entreprise pour qu’à son niveau le
projet respecte la législation en matière (pour éviter des accidents). L’exécuion de la commande
va comprendre :
Les plans d’exécution ;
La préparation du travail ;
La fabrication éventuelle des sous-ensembles ;
Le montage des sous-ensembles ;
Le montage final et mise en service.
Un projet pour la réalisation d’une manutention continue au sein d’une entreprise ne se fait
pas en un jour. Il peut se passer plusieurs semaines entre la consultation du constructeur et la
remise de prix. Il peut se passer même plusieurs mois avant la livraison du matériel.
Les équipements de manutention continue
Ces équipements auront un mouvement continu entre un et plusieurs points de mouvement
de chargement et un et plusieurs points de mouvement de déchargement. Ces mouvements
peuvent être automatiques ou interrompus pour réaliser un type d’opérations, ils peuvent être
cycliques ou intermittents selon un cycle automatique.
Transporteurs des produits en vrac
Peuvent être soit :
 Transporteurs ou convoyeur : quand il s’agit du transport en vrac sur un plan horizontal
ou légèrement incliné. Nous trouvons ici :
92
⎯ Transporteurs à courroies

⎯ Transporteurs à bande d’acier
⎯ Transporteurs à vis d’Archimède
⎯ Transporteurs en masse
⎯ Transporteurs à palettes
Elévateur : lorsque le parcours est fortement incliné ou vertical. Il peuvent être :
⎯ A vis
⎯ A godets
⎯ En masse.
cas d’étude :
I. CONVOYEURS
I.1. Convoyeur ou transporteur
Un convoyeur est un mécanisme ou machine qui permet le transport d'une charge isolée
(cartons, bacs, sacs, ...) ou de produit en vrac (terre, poudre, aliments...) d'un point A à un point
B. cet engin fait suivre au produit un trajet légèrement complexe sans transbordement en cours
de route.
Dans ce type de transporteur, l’organe qui porte la charge est une courroie sans fin qui s’enroule
aux tambours d’extrémité.
La courroie (bande) peut être remplacée par des éléments métalliques articulés sur une roue
dentée « chaine ».
Au niveau de la courroie on aura deux brins à savoir le brin supérieur (tendu) qui porte la charge
et un brin inférieur(mou).
La tête motrice sera placée dans la zone de déchargement.
I.2. Convoyeur à bande
Les convoyeurs à bande sont caractérisés par le type de bande transporteuse utilisée
(matériaux, texture, épaisseur) et par la position du groupe de motorisation (central ou en
extrémité).
Dans tous les cas, un convoyeur à bande se compose :
⎯ D’un tambour de commande et de sa moto réductrice
⎯ D’un rouleau d'extrémité
⎯ D’un châssis porteur avec une sole de glissement qui assure le soutien de la bande
⎯ D’une bande transporteuse
Les convoyeurs à bande modulaire permettent, grâce à leur bande rigide en acétal, d'accumuler
des charges (avec frottement entre la bande et les objets transportés). La bande est en fait
une chaîne en plastique qui vient s'engrener dans des pignons également en plastique. En
termes de maintenance, l'avantage est de ne pas avoir de centrage et de tension de bande à
effectuer, contrairement à un convoyeur à bande classique.
93
1
Moteur
2
Moteur accouplement
roulement
3
Frein
4
Pilote de transmission
5
Anti retour
6
Rouler d’accouplement
7
Roulement de poulie
8
Rouler
18
19
Compteur vitesse de tapis
Commende réduction de tapis de
20
21
22
23
24
25
Ceinture direction de poulie avant
Tirer de fil
Interrupteur d’urgence
Bande convoyeur
Rouleau à brosse
Grattoir
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Filer de poulie
Déviation ou repousser poulie
Percussion de poulie avant
Support de poulie avant
Retour de poulie avant
Rouleau de guidage
Compteur de poids
Vis de graisse
Contre poids
26
27
28
29
30
31
32
33
34
Recaler
Plaque de couverture
Capot
Bar cloison
Livraison goulotte
Garniture de goulotte
Hotte planche
Position de bande supérieure
Position de bande inférieure
I.3. Le convoyeur magnétique
Est un appareil muni d'une bande avec une partie magnétique qui, placée en dessous de
la bande, permet d'attirer les produits métalliques vers le bas leur donnant ainsi plus de
stabilité.
Les convoyeurs à tambour magnétique permettent la séparation des particules ou
déchets métalliques. Souvent employé en fonderie pour extraire les déchets métalliques
d'un transporteur de sable après l'opération de décochage.
94
I.4. Convoyeur à courroie crantée
Le crantage de la bande permet son déplacement d'une valeur précise, sans craindre le
glissement possible comme avec une courroie lisse.
I.5. Convoyeur à chaîne
Les convoyeurs à chaînes permettent le déplacement de charges qui ne pourraient pas l'être
sur des convoyeurs à rouleaux (cas des palettes ou containers dont les "skis" sont
perpendiculaires au sens de déplacement).
Selon la rigidité de la charge à transporter, le nombre de chaînes est augmenté de sorte
à réduire l'entre-axe des chaînes. Il existe des convoyeurs à deux, trois, quatre, voire
cinq chaînes et plus.
Ces convoyeurs se caractérisent par le nombre de chaînes, les matériaux des chaînes (acier,
inox, plastique) ainsi que la robustesse de leur châssis porteur qui dépend de la charge à
supporter.
L'accumulation est en général non préconisée. Pour le passage d'un convoyeur à l'autre, il
est quelquefois conseillé d'imbriquer les convoyeurs entre eux en variant les entre- axes des
chaînes. L'entrainement des charges est alors assuré en permanence, y compris durant
le transfert.
I.6. Convoyeur à pas de pèlerin
Système ou le produit avance pas à pas. Le mécanisme décrit un rectangle : montée et levage
du produit / avance avec le produit / descente et pose du produit / retour à vide
95
I.7. Convoyeur à rouleaux
Ils sont utilisés pour le transport ou l'accumulation de produits suffisamment longs pour
ne pas tomber entre deux rouleaux. Les colis à transporter doivent être également à fond plat
et rigides (voir méthode de détermination dans la rubrique Liens externes).
I.7.1. Convoyeur en courbes
Il existe des convoyeurs à rouleaux coniques pour décrire des courbes à 45, 90 et 180°. La
conicité des rouleaux est en effet nécessaire pour appliquer au colis une vitesse linéaire
différente en fonction de sa position par rapport au rayon de la courbe.
Une autre méthode plus économique, et appliquée généralement aux convoyeurs à
rouleaux libres consiste à réaliser plusieurs voies de rouleaux cylindriques, parallèles entre
elles, et permettant la différenciation des vitesses.
I.7.2. Pente des convoyeurs gravitaires
En fonction de la nature de la charge à transporter (c'est-à-dire en fonction de la rigidité
de sa face de contact) et de sa masse, la pente nécessaire sera comprise entre 1,5 et 5 %
(soit une élévation 1,5 à 5 cm/m de convoyeur)
I.8. Convoyeur à accumulation pour charges isolées
On entend ici par accumulation l'action de stocker des colis sur un convoyeur,
généralement à rouleaux.
On distingue l'accumulation avec contact de l'accumulation sans contact.
L’accumulation avec contact est la solution de stockage la plus économique. Plusieurs
technologies de convoyage ( on parlera d'accumulateurs) se partagent ces applications :
accumulateur à rouleaux commandés par courroies rondes, par courroie tangentielle, à
96
rouleaux débrayables à friction, .. La première technologie citée offre l'avantage de pouvoir
réaliser des parties droites et courbes avec une seule motorisation ce qui est particulièrement
économique.
L'accumulation sans contact est utilisée lorsque les charges à transporter ne doivent pas se
toucher (fragilité, accumulation dans les courbes, ...). Il s'agit alors de parceller le convoyeur
en différentes zones, chacune d'entre elles ne contenant qu'un seul colis.
Ces zones sont toutes indépendantes et libèrent un colis lorsque la zone suivante est libre.
En général, chaque zone intègre son propre système de motorisation et de détection. C'est
la solution d'accumulation la plus performante elle mais reste assez coûteuse considérant le
nombre de motorisations et de dispositifs de détection.
I.9. Convoyeur à vis sans fin
Le convoyeur à vis ou transporteur à vis est conçu pour le transfert de produits solides,
pâteux ou boueux. La technologie utilisée pour ce transfert repose sur l’utilisation d’une
vis sans âme (ou spire). Celle-ci permet un convoyage efficace sur de nombreux produits, avec
des débits pouvant atteindre 200 m3/h. La spire utilisée est un élément important dans la
conception du convoyeur, elle permettra de remplir un certain nombre de fonctions associées
au simple convoyage. La vis peut être fabriquée de 2 façons :
⎯ Fabrication par secteurs soudés (assez fragile).
⎯ Fabrication par roulage à froid d'un profil (résistance à l'abrasion et aux
efforts mécaniques élevé)
I.10. Convoyeurs à air
Convoyeurs utilisant un flux d'air orienté pour déplacer des charges légères. Une chambre est
mise sous pression par ventilateur centrifuge. L'une des parois de cette chambre reçoit des
ouïes au travers desquelles la pression statique de l'air (déplacement lent) se convertit en
pression dynamique (vitesse plus élevée). Utilisé entre autres pour le transport de boite de
boisson métallique ou bouteille plastique (PET).
97
I.11. Convoyeurs vibrants et tubes vibrants
Les convoyeurs vibrants et les tubes vibrants sont, à l’instar des cribles, des dispositifs de
transport qui permettent le transport de matériaux au moyen de vibrations directionnelles.
La conception et la structure exactes des convoyeurs vibrants et des tubes vibrants sont
adaptées à chaque cas d’application.
Les cas d’application classiques sont les suivants :
⎯ Transport
⎯ Dosage
⎯ Extraction sous silos
Les convoyeurs vibrants et les tubes vibrants présentent les avantages suivants :
⎯ Forme de construction compacte
⎯ Usure faible
⎯ Coûts d’exploitation faibles
⎯ Sécurité d’exploitation élevée
Les convoyeurs vibrants et les tubes vibrants peuvent être équipés de différents types
d’entraînements selon le type d’utilisation.
I.12. Convoyeur à raclette
Le convoyeur à raclette est un engin de transport continu dont l'organe de traction, est une
chaîne ou deux sans fin portant des raclettes. Lors du déplacement de la chaîne, les raclettes
accrochent la matière chargée et ka déplacent dans le couloir en tôle dans le sens du
mouvement de la chaîne
Les convoyeurs à raclettes se composent des éléments suivants :
⎯ Tète motrice
⎯ Chaîne de traction
⎯ Raclettes
⎯ Etoile de retour
⎯ Dispositif de tension
⎯ Couloir du convoyeur
98
99
❖ Calcul des transporteurs à courroie
Les calculs ne présentent pas de difficultés particulières. Ici nous nous focaliserons sur le choix
de la courroie (bande) qui dépend de :
⎯ Poids et dimensions ;
⎯ La température ;
⎯ Le chargement ;
⎯ Les caractéristiques géométrique et mécanique de l’installation.
La largeur de la courroie est normalisée : voici ici en mm quelques valeurs courantes :
400 ; 500 : 650 ; 800 ; 1000 ; 1200 ; 1400 ; 1600 ; 1800 ; 2000.
Compte tenu de la longueur du transporteur, la productivité d’une bande est fonction de la
largeur.
Calcul de la longueur de la courroie : (voir EM)
100
Éléments qui interviennent dans les calculs de tensions (voir EM) :
Relations de calcul :
W tient compte du frottement entre courroie e rouleaux, du frottement dans les paliers
 peut aller jusque 510° pour le cas de plusieurs tambours moteurs. Ainsi on installe des galets
de guidage dont l’orientation permet d’augmenter l’angle d’enroulement . L’idéal est de
mettre les tambours le plus rapprochés possible de façon à avoir les i élevés.
Souvent pour les charges lourdes on a 240° et pour les charges légères 180°.
101
f est le coefficient de frottement entre courroie et tambour.
Connaissant la vitesse de déplacement de la charge (m/s) et la force motrice utile (N) , la
puissance motrice (W) est donnée par la relation :
� � . �
P=

Dans un avant projet on peut prendre un rendement de 0,8.
Dans le cas où le transporteur peut démarrer en charge, on prend : P = �
� �. �


102
�
Kd est un coefficient pour prendre en compte le démarrage avec charge (kd = 1,2)
Viesses couramment utilisées :
 (v = 2 à 3m/s) pour le transporteur à courroie ;
 V  1m/s pour les transporteurs à chaine.
Les différentes forces à considérer :
 La tension de la courroie au niveau de la tête de tension est donnée par :
Ft = T4 – T3
 La force motrice Fm est donnée par :
Fm = T1 -T2 + forces de frottement = (T1 – T2) + 0,05(T1 – T2)
Cette force peu encore ère donnée par la relation :
Fm =
103
Caractéristiques techniques des convoyeurs à bande
1) Bande
Fonction : transporter le matériau de la queue jusqu’à la tête du convoyeur. Se
présente sous deux formes principales, plate et en auge.
Toute bande comporte deux faces : La face externe, qui est en contact avec les matériaux
transportés, et la face interne, qui est en contact avec les rouleaux ou les tambours.
La courroie comporte aussi deux brins :
⎯ Brin supérieur (ou brin porteur).
⎯ Brin inférieur (ou brin de retour).
2) Les tambours
Fonction : entraîner la bande ou l’amener à changer de direction. Celui de contrainte,
il ramène le brin entrant ou sortant de la bande en ligne avec le brin de retour ou crée
l’angle d’enroulement voulu autour du tambour d’entraînement.
3) Brin Porteur
Le brin porteur peut avoir pour soutien :
⎯ Une batterie à rouleaux formés en auge
⎯ Une batterie à rouleaux plats
⎯ Un support de glissement
 Batterie à trois rouleaux formés en auge
104
Il est utilisé pour le transport de marchandises en vrac. La batterie à rouleaux en auge
offre une grande capacité, faible risque de perte de matières, et un guidage efficace de
la bande avec λ l’angle d’auge.
 Batteries à deux rouleaux
En général, cette batterie n'est utilisée qu'en cas de largeurs de bandes inférieure s à
650 mm un angle d'auge supérieur à 25° n'est pas utile du fait des efforts exercés sur
la bande.
II.4. Support de glissement
Peut être utilisé pour le transport de charges individuelles ou de produits en vrac.
Le support de glissement peut être réalisé en acier, en tissu synthétique ou en bois dur
on utilise normalement, sur la face inférieure de la bande des bandes à faible
frottement en raison des forces de friction entre la bande et le support de glissement.
Brin de retour
Il est généralement soutenu par des batteries à rouleaux plats. Dans le cas de transporteurs
de grande longueur, il peut être utile d'employer des batteries à deux rouleaux qui facilitent
le guidage de la bande.
Pour le transport de matières collantes, on a recours à des rouleaux de retour pourvus de
rouleaux de support ou de revêtement en caoutchouc pour réduire l'accumulation des
matières dures sur les rouleaux.
Pour tenir compte du guidage de la bande, tant les rouleaux porteurs que les rouleaux de
retour ils doivent être réglables dans le sens de course de la bande.
105
II.6. Système de tension
Celui-ci a pour fonction de donner une précontrainte à bande devant assurer :
⎯ L’entrainement de la bande par le tambour moteur dans toutes les conditions
d'utilisation.
⎯ La réduction de la flexion de bande entre les rouleaux porteurs et les rouleaux
de retour.
D’après leur mode de fonctionnement, les systèmes de tension se divisent en deux
groupes principaux : Système de tension fixe et système de tension auto-réglant.
 Système d'auto-réglant : Ce système maintient la précontrainte constante tout en assurant
que la tension admissible de la bande n’est pas dépassée.
La forme la plus couramment employée est celle d’un contre poids. Le meilleur effet
est normalement obtenu en plaçant le contrepoids à proximité du tambour moteur.
 Système de tension fixe
La tension à vis est souvent employée pour les transporteurs de courte longueur à
charge modérée.
La tension de vis n’est pas capable d'absorber tous les allongements momentanés qui
peuvent se produire en cas de variations de charges subites et pendant la phase
d’accélération. Aussi les installations ayant une distance entre axes supérieure à 50m
doivent-elles être munies d'un tendeur auto-réglant. Pour notre cas, on a un entre axes
de 12m ce qui explique le choix d'un système de tension fixe. Ce système exige une
surveillance constante et un réglage fréquent, principalement lors de la mise en service d'une
nouvelle bande.
106
Angles de talutage, d'éboulement et écoulement du produit
107
Propriétés physiques des produits
Le tableau ci-dessous indique les propriétés physiques et chimiques des produits qu'il convient
de prendre en compte lors de l'étude d'un transporteur à bande.
108
Vitesses maximales conseillées
A partir de données expérimentales, le tableau ci-dessous indique les vitesses maximales
recommandées, compte tenu des caractéristiques physiques et de la granulométrie du
produit transporté, ainsi que de la largeur de la bande utilisée.
Largeur minimale de la bande
Pour le calcul des dimensions de la bande, on doit tenir compte des valeurs minimales
de la largeur de la bande en fonction de sa charge de rupture et de l'inclinaison
des rouleaux latéraux, comme indiqué au tableau ci-dessous :
109
NB :
⎯ Au niveau de l’entonnoir de chargement de la bande, on dispose des ailes en
caoutchouc pour éviter le débordement.
110
111
⎯ En ce qui concerne les rouleaux, la distance entre les rouleaux de la partie
supérieure sera environ la moitié entre les rouleaux de la partie inférieure car les brins
supérieurs son chargés.
⎯ Pour le déchargement, parfois pour des raisons d’encombrement, on dispose de la
façon suivante :
 Déchargement en plusieurs points (unilatéral ou bilatéral)
112

Plan incliné avec rouleaux
113
114
⎯ Pour connaitre la forme de l’entonnoir dans la zone de déchargement, on
procède comme suit :
Calculer les trajectoires paraboliques limites :
� = � (� )
{{
� �
2
y = y(x)
Représenter graphiquement y1 et y2
Trouver la forme de l’entonnoir de dégagement
115
Calcul des transporteurs en masse ou à palettes.
Principe :
si  = 0 , horizontal ;
0
 = 90° élévateur
� =
1
2
(transporteur élévateur en masse = REDLER)
Ces types de transporteurs présentent comme avantages :
⎯ Compact ;
⎯ Peu coûteux ;
⎯ Entretien facile ;
⎯ Etanchéité ;
Inconvénient : consomme plus d’énergie.
La productivité est donnée par : Q = v. B (l – 0,2) m3/s ou m3/h.
Avec la vitesse en quelques mm/s à 1,5m/s et la productivité : 1 à 1000 m3/h
Calcul des transporteurs à vis sans fin (vis d’ARCHIMEDE).
Dans le cas de transporteur à vis, les produits à vis, les produis son entrainés dans une gaine
et l’entrainement se fait sous l’action de la rotation de la vis.
On prendra en considération la granulométrie du produit à emporter pour déterminer les
dimensions de la vis et donc de la gaine.
Dvis 6 De avec De le diamètre des éléments
à transporter.
Q = C.
. �
�
�
� . 𝑵 avec C = 0,15 à 0,45 et N =
20 ……..100 tr/min
P = P1 + P2 = gQ (L +H)
Avec P1 la puissance qui tient compte de la
résistance à l’avancement :
P1 = g. Q. L. 
Avec  = 1,2,3,4,5
 = 5 pour le sable, le gravier e le ciment
P2 = g. Q. H
116
Calcul des élévateurs à godets.
A intervalles réguliers, la chaîne porte des godets et quelques fois cette chaîne peut
fonctionner dans une gaine. Le remplissage du godet se fait soit :
⎯ Par dragage dans une cuvette ;
⎯ Par alimentation continue par transmission par courroies.
Nous pouvons établir la productivité par Q = f(V, e, , v)
Avec :
e = pas des gales ;
 = coefficient de remplissage =0,4 ….0,7
v = vitesse de la chaîne ou courroie ;,
V = volume du godet ;
 = la masse volumique.
Vérifier que Q = . . V. v/e
et P = g Q. H
Ordre de grandeur : Q = ……500m3/h
H = …….80m
Ces les de transporteurs conviennent pour tous les produis en vrac.
Transporteurs pneumatiques
Ce tpe de transporteur est utilisé pour le transport des produis en vrac composés des
particules fines et très fines.
Avantages :
⎯ Il se fait dans un espace fermé, par conséquent il n’a pas de pollution ;
⎯ Le transport peut se faire sur des grandes distances ;
⎯ Le trajet peut être quelconque, soit imposé par le processus de fabrication, soit par
la forme du bâtiment.
Inconvénient :
⎯ Consommation spécifique élevée C = P/Q (kWh/tonne).
La matière est transportée sous forme d’un mélange air-matière, dans une conduite sous
l’influence de différence de pression entre les extrémités de la conduite.
Nous distinguons trois variantes :
⎯ Par surpression ou à refoulement ;
⎯ Par dépression ou à aspiration
⎯ Mixte.
Par surpression
117
Caractéristiques :;
1 : conduite de transport ;
2 : machine pneumatique (surpresseur ou extracteur) ;
3 : alimentation ;
4 : filtre ;
5 : séparateur
⎯ La longueur du trajet est théoriquement infinie (ou dépend de la pression de sortie
à cause des pertes de charge ;
⎯ On plusieurs points de déchargement ;
⎯ On peu ramifier les circuits d’après les nécessités.
Par dépression
Caractéristiques :
⎯ La longueur du transporteur es limitée du fait que l’on ne peut pas dépasser une
certaine limite de dépression.
⎯ On a qu’un seul point de déchargement, avec la possibilité d’avoir plusieurs points de
chargement.
Données :
⎯ Le débit en tonnés par heure ;
Calculs :
⎯ La matière à transporter (masse volumique) ;
⎯ Le trajet.
Demande :
⎯ Vitesse de l’air (va) ou vitesse de transport ;
⎯ Débit de l’air Qa (m3/h) ;
⎯ Dimensions des conduites ;
⎯ Différence des pressions à réaliser (daN/m2) ;
⎯ Le choix de la machine pneumatique
⎯ La consommation spécifique.
118
a) Vitesse de l’air
Nous commençons par calculer la vitesse critique ou de frottement de particules.
La vitesse critique est la vitesse qu’il faut imprimer à l’air afin que la particule reste en
suspension dans l’air.
L’air dans son mouvement emporte une particule de matière de forme
sphérique de diamètre d.
Vitesse critique =
.�
3
6
� 𝑔 =
.�
2
4
�
.g.
𝑖�
𝑣
2
𝑎𝑖�
2�

 =
24
� �
� 𝑖 𝑅𝑒 ≤ 2 ∶ � � � 𝑖� � 𝑖� 𝑒
Si Ré =
𝑣.� .�
𝑎𝑖�
 =
18,5
� � 0,6
� 𝑖 2  𝑅𝑒 ≤ 103 t� � � � 𝑖t� 𝑖� 𝑒
{ = 0,44 … 0,46 � 𝑖 103  𝑅𝑒 ≤ 105 t� � � � � 𝑒� t
Pour un écoulement turbulent  = 0,46 et  de l’air = 1,293 kg/m3
�

Vitesse critique = 5,35 √
Avec la vitesse critique en m/s, et d en m
�
�
En réalité, la particule n’est pas sphérique, ce qui fait qu’on définisse un diamètre équivalent.
On considère une particule, la plus grosse de toutes, ayant une forme quelconque et un
volume max.
� �
 .�
3
6. � � � 𝑥
3
On pose Vmax =
6
ce qui donne déq = √



�
Vitesse critique = 5,35 kf√
�
� é� avec kf = facteur de forme
Forme
kf
Sphérique
1
Arrondie
0,64
Allongée
0,57
aplatie
0,45
Pour différentes formes, nous avons le tableau ci-dessous :
V de l’air = ( 2,5 …3,5) v critique
b) Débit de l’air
On définit :
Le dosage volumétrique : dv =
� � � t𝑖è� �
� � 𝑖�
� � � t𝑖è� �
Le dosage gravimétrique : dg =
� � 𝑖�
On trouve dans des catalogues les valeurs optimales de ces dosages :
�

dg =
�
. dv
c) Dimensions de la conduite
119
Connaissant les valeurs optimales de dg et dv on trouve le débit de l’air. Et à partir du débit
de l’air, nous pouvons trouver le diamètre de la conduite.
d) Différence des pressions
La différence de pression entre les points A et B est composée de 3 parties :
p = p dynamique +p statique + p pertes
p dynamique : variation de pression nécessaire pour accélérer la particules e l’air depuis la
vitesse nulle jusqu’à la vitesse de déplacement.
� �
Vm  Va puisque m  a ,
� �
 0,85
Il faut communiquer aux particules et à l’air de l’énergie cinétique par unité de temps qui doit
être fournie, par le travail dynamique.
m
Ec = ½ ma v2a + ½ mm v2
e) La machine :voir RPH
f) La consommation spécifique
120
CHAP. V. LES ACCESOIRES POUR ENGINS DE LEVAGE
ET DE MANUTENTION
L’utilisation d’un appareil de levage requiert la présence de pièces intermédiaires qui assurent
la liaison entre l’appareil et la charge.
Le gréage peut donc se définir comme l’ensemble des accessoires de levage et d’accrochage
ainsi que les manœuvres nécessaires au déplacement de charges à l’aide d’un appareil de
levage.
La qualité et le bon état de ces accessoires sont essentiels pour assurer la sécurité du
personnel et l’efficacité des activités de production. Tout accessoire de gréage possède une
capacité qui lui est propre et qui doit être indiquée directement sur l’accessoire.
Accessoires de levage.
CABLES DESTINES AUX APPAREILS DE LEVAGE
Les câbles sont faits en chanvre ou en acier.
⎯ Les câbles en chanvre sont obtenus en torsadant de grosses cordes ou
torons généralement au nombre de trois.
⎯ les câbles en acier ou métalliques sont exécutés de la même façon en
partant des fils de faible diamètre en acier doux étiré ou en acier fondu au
creuset. Chaque toron est formé d'un nombre variable de ces fils enroulés
en hélice autour d’une même âme en chanvre. Cette conformation ou
configuration donne au câble une flexibilité que ne saurait avoir une tige
d’acier de section équivalente et lui permet ainsi de s’enrouler sur une poulie
ou un tambour de treuil.
Autour du noyau (âme) on peut avoir 6, 12, 18, 24, …
brins torsadés avec un certain nombre de couches
(flexibilité et compact).
121
Nombre total de brins des couches : N = 3n (n +1)
avec n le nombre de couches
Nombre total de brins du fil (câble) : N’ = N + 1
Ex : n = 3 => N = 3n (n+1)
= 9(4)
= 36
⎯
les câbles plats comportent plusieurs
aussières qui sont elles-mêmes de câbles
élémentaires à plusieurs torons.
Désignation des câbles
Ex : 6X37 : câble de 6 torons et 37 fils par toron
8X4X10 : câble de 8 aussières avec 4 torons et
10 fils par toron
Modes de câblage
Il existe deux modes de câblages
- Le câblage croisé : les fils sont toronnés dans un sens et les torons sont câblés
dans le sens inverse.
- Le câblage LANG : les fils sont toronnés et les torons câblés dans le même sens.
CÂBLAGE À DROITE OU À GAUCHE ?
Il est très important de choisir le mode de câblage correct pour assurer le fonctionnement
parfait
du câble.
• Tambour à une couche :
Pour un tambour à une couche il existe la règle suivante :
Tambour filetage à droite - câblage à gauche
Tambour filetage à gauche - câblage à droite
• Tambour multicouche :
En cas d’un enroulement multicouche, le sens d’enroulement change à chaque couche. Ainsi,
il faudrait que le mode de câblage du câble change à chaque couche. Dans ce cas, il faut choisir
122
le sens de câblage correspondant au sens d’enroulement de la couche la plus sollicitée par le
travail.
enroulement à droite - câblage à gauche
enroulement à gauche - câblage à droite
• Mouflage à plusieurs brins :
En cas de mouflage multiple l’effet de l’angle de déflexion peut être plus important entre les
poulies que sur le tambour. Dans ce cas, il faut choisir un mode de câblage correspondant au
mouflage
mouflage à droite - câblage à gauche
mouflage à gauche - câblage à droite
Et ainsi vous déterminez le sens de câblage convenant (tambour-mouflage)
Mettez-vous sur le côté du point fixe du câble sur le tambour et suivez avec le doigt les spires
du
câble enroulé.
Diamètre d’enroulement
A son passage sur une poulie, le câble se courbe. Il en résulte que les fibres de la partie convexe
sont plus allongées que celles de la partie concave et supportent une tension qui s’ajoute à
l’effet propre de la charge. Pour que cette tension ne soit pas exagérée, le diamètre
d’enroulement D doit être approprié au diamètre d du câble.
On adopte pratiquement :
- D>= 7 à 10d (pour les câbles en chanvre)
- D>= 15 à 25d (pour les câbles en acier)
Ou D>= 250φ (où φ est le diamètre de chaque fil du câble)
123
124
Coefficient de sécurité (s)
Les fournisseurs des câbles donnent :
- La composition du câble ;
- Le genre d’utilisation ;
- La charge de rupture Pr.
Le coefficient de sécurité à adopter varie entre :
- 10 et 15 pour les câbles en chanvre ;
- 5 et 10 pour les câbles en acier.
Pa = Pr/s
La charge pratique admissible Pa est parfois donnée en fonction des diamètres d du câble et
D d’enroulement.
- Câble en chanvre :
Pa = 600 d² pour D = 7 d
Pa = 750 d² pour D = 10 d
-
Câble en acier :
Pa = 2500 d² pour D = 15d
Pa = 4000 d² pour D = 25 d
Pa = 8 D² avec Pa en daN et D en cm
Influence du poids du câble
Pour les câbles de grande longueur comme ceux de puits de mines, il faut ajouter au poids de
la charge à soulever, le poids propre du câble.
Toutes les sections droites ne sont pas sollicitées de la même manière avec un câble de section
constante. La matière est mal utilisée ou repartie, c’est pourquoi les câbles de grande longueur
ont des sections décroissantes depuis le haut vers le bas suivant la loi :
S(x) = So. �
𝝋𝒙
𝝈
Avec S(x) : section à la hauteur x
So : section initiale
𝝈 : contrainte normale due à la charge dans le câble
𝜑 : Poids volumique du câble.
Influence du démarrage
A cause de l’inertie de la charge à soulever, pour que le démarrage se fasse, il faut développer
une force F’ supérieure à F telle que :
F’ = m (g + α)
Sollicitation du câble
Soient :
Δ : le diamètre du fil constituant le câble
125
P : la charge en Kg
n : nombre des fils du câble
d : diamètre extérieur du câble
𝝈 : coefficient de travail en Kg/mm²
La charge que pourra supporter le câble vaut :
𝜋𝛿²
P=
4
. n. 𝝈 = 0,7854 δ²n𝝈
En passant sur une poulie de rayon R, les fils subissent une tension 𝝈’ qui vaut :
� .�
𝝈’ = 2�
+�
E module d’élasticité longitudinale = 20000 à 21000 kg/mm²
En réalité le fil reçoit dans le câble une certaine torsion et l’on admet comme tension :
3 � .�
𝝈’ = 8
�
La tension totale dans le câble pendant le levage vaudra :
𝝈’’ = 𝝈 + 𝝈’
𝝈 : due à la charge à soulever
𝝈’ : due au passage du câble sur la poulie
𝝈’’ : ne doit pas dépasser 1/3,5 du coefficient de rupture des fils
Charge de rupture du câble
La charge de rupture théorique Prth s’obtient en multipliant le nombre de fils constitutifs de
ce câble par la résistance à la rupture d’un fil.
La charge de rupture calculée Prc est inférieure à la charge de rupture théorique.
La différence en pourcentage type de câble.
� 𝐫� 𝐡−� 𝐫𝐜
� 𝐫� 𝐡
s’appelle coefficient de perte au câblage. Il dépend du
La charge de rupture d’un câble neuf se calcule par la formule :
Pr (daN) = 50 x d²(cm)
La charge momentanée : c’est la charge que peut subir le câble pendant un temps très court.
Elle est égale à deux fois la charge de manœuvre.
Pm = 2Pa
CORDES
Il s’agit de cordage en fibre naturelle ou synthétique. Une étiquette de couleur permet de
déterminer la matière textile utilisée :
⎯ Vert : polyamide
⎯ Bleu : polyester
⎯ Marron : polypropylène
⎯ Blanc : chanvre, sisal, manille
126
Il est important de faire attention aux différentes matières car elles ont des propriétés
mécaniques différentes et, par conséquent, réagissent différemment lors de l’exposition à la
chaleur, à l’humidité ou à des produits chimiques.
Caractéristiques
 La résistance à la traction des cordes est variable. Elle diminue si la corde est
mouillée ou goudronnée.
 On fait les cordes lâches ou serrées suivant qu’elles doivent être plus ou moins
flexibles.
 Pour les cordes mobiles non serrées, on peut compter 800 à 1000kg/cm²
comme charge de rupture.
 Pour les cordes fixes, fortement serrées, cette valeur peut atteindre 1200 à
1500 kg/cm².
Soient :
Q la charge à supporter en kg,
P le poids de la corde par mètre de longueur,
D le diamètre de la corde,
d le diamètre de chacun des 3 ou 4 torons formant la corde.
Pour une corde à 3 torons : D = 2,15d
⎯ Masse théorique (Mth) :
c’est la masse exprimée en grammes d’un mètre de cordage en équilibre en atmosphère
normale.
Mth = a.D²
Avec a : coefficient variant suivant le type de cordage.
⎯ Longueur de rupture (Lr) :
la longueur de rupture en km d’un fil de cordage vaut le rapport de la charge de rupture en kg
par la masse de rupture par mètre courant exprimée en grammes.
Lr = Pr/M
⎯ Coefficient de perte au câblage :
c’est le rapport entre la charge de rupture du cordage et la somme des charges de ruptures
des fils de carets constitutifs.
127
Si nous désignons par r la charge de rupture moyenne du fil de caret, n le nombre de fils des
carets du cordage, Pr la charge de rupture du cordage ; on a :
k = Pr/n.r
D’une façon pratique, le diamètre du tambour sur le quel est enroulé le cordage doit être
égale au moins à 7 fois le diamètre de ce cordage.
Dtambour >= 7dcorde
Corde en perlon : le perlon est utilisé pour certains usages spéciaux tels que les cordes de
sécurité et pour les élingues.
Les élingues peuvent être en fibres synthétiques ou métalliques (câbles ou chaînes) nylon,
tergal. Les charges de manœuvre sont indiquées selon l’utilisation. On peut admettre pour ces
cordes une charge de rupture de 1700 à 2200 kg/cm².
On doit aussi noter que l’allongement de ces cordes est très considérable et peut atteindre 75
à 80% à la rupture sur une section de 500mm².
La charge à utiliser en pratique vaut la charge de rupture sur le coefficient de sécurité.
Pa = Pr/s
LES CHAÎNES
En acier, elles servent principalement à soulever des charges lourdes. Chaque chaîne est
pourvue d’un certificat de contrôle et doit être régulièrement inspectée par le service externe
de contrôle technique.
LES TAMBOURS
Tambour à câble
Il est en fonte, en acier moulé ou forgé. Le diamètre du tambour se calcule en fonction de celui
du câble. Du point de vue de la résistance, le tambour travaille en flexion, torsion ainsi qu’à la
compression.
Si P est la charge que pourra soulever le câble, L la longueur du tambour, le moment
fléchissant du tambour vaut :Mf = PL/4 et celui de torsion Mt= P.R.
On détermine alors le moment de flexion idéal et la tension 𝝈 en dépend.
128
Le creux autour du tambour forme une hélice. Si p est le pas de l’hélice, e l’épaisseur du
tambour, alors la tension de compression sera :
𝝈1 = P/p.e et le taux de travail total du tambour sera 𝝈t = 𝝈1+𝝈
On peut admettre pour la valeur du taux de travailles valeurs de 2 à 2,5kg/mm² pour les
tambours en fonte et de 5kg/mm² pour les tambours en acier.
Pour les tambours en fonte l’épaisseur se détermine par la formule empirique suivante :
e >= 0,02D + 12mm
Tambour pour chaîne
Pour des faibles charges de 1 à 1,5T, la vitesse d’enroulement peut être de 0,3 à 0,5m/s.
On prend ordinairement D>20 à 25d
Au- delà de 5T la vitesse ne dépasse pas 0,1 à 0,2m/s.
Pour les treuils à commande mécanique, il est prudent de prendre D>30d
LES ATTACHES CABLES
Les câbles métalliques peuvent être assemblés entre-eux ou au point fixe et aux organes de
levage par :
 Epissures : sont constituées par l’entrelacement des divers sommets de bouts des
câbles à assembler sur une certaine longueur égale à 800 à 1200 fois le diamètre des
fils du câble.
 Cosses
 Manchons
 Culots : scellement des douilles coniques
PRINCIPES D’ELINGAGE
L’élingage regroupe toutes les opérations de mise en œuvre d’une liaison entre une charge et
un appareil de levage. Le dispositif de liaison est généralement constitué d’une ou plusieurs
élingues (câbles métalliques, chaîne, textile) mais peut aussi comprendre des éléments rigides
tels que palonnier, clé de levage, pinces, etc.
Sécurité
Accrochage de la charge :
 Si la charge est équipée de points d’accrochage, l’élingueur les utilisera en
respectant les caractéristiques techniques et conditions d’emploi de chaque
accessoire (crochet, manille, piton fileté, etc.)
 L’élingueur veillera tout particulièrement à ce que les linguets de sécurité
fonctionnent correctement.
 Si la charge n’est pas équipée de points d’accrochage, l’élingueur utilisera
des accessoires et un mode d’élingage appropriés (élingage en panier ou
nœud coulant, etc.) en appliquant le facteur de mode d’élingage à la
CMU des
accessoires utilisés.
129

Avant l’élingage l’élingueur doit connaître les méthodes et moyens à mettre
en œuvre pour procéder au retrait de celui-ci en toute sécurité.
Vérification de l’angle d’élingage : la charge appliquée aux élingues varie selon l’angle
(mesuré entre la verticale et l’élingue). L’angle maximum autorisé est de 60°.
Protection des arêtes vives : la charge peut comporter des arêtes vives. Dans ce cas,
des protections doivent être mises en place pour ne pas endommager les élingues.
Mise de l’élingue sous tension : dans un premier temps, l’élingue est mise sous
tension sans soulever la charge. Cette étape permet la vérification du bon
positionnement du dispositif de levage dans son ensemble (crochet de la grue, anneau,
élingues, etc.). Dans un second temps, si tout le dispositif est correctement en place,
l’opération de levage peut se dérouler normalement.
Maintien de la pièce manutentionnée tout au long de l’opération de levage sous la
responsabilité du chef de manœuvre.
Marquage de la CMU (charge maximum d’utilisation :
La CMU indiquée pour un accessoire multibrin est la CMU totale de l’accessoire. Tout
accessoire dont le marquage CMU aurait disparu doit être mis hors service.
Utilisation partielle d'élingues à brins multiples :
130
Extrait de la norme NF EN 13414-2 (Mai 2004) :
LES ACCESSOIRES DE LEVAGE
Accessoires de levage
Composants ou équipements non liés à la machine et placés entre la machine et la charge ou
sur la charge pour permettre la préhension de cette dernière ; les élingues et les
équipements amovibles de prise de charge sont des accessoires de levage.
Elingues : Accessoires de levage souples en cordage ou textile, en câble métallique ou
chaîne, généralement terminés par des composants métalliques tels que mailles, crochets,
anneau, manille…
Composants d’accessoires de levage : Accessoires qui servent à la confection ou à l’utilisation
d’un accessoire de levage (crochet à œil, manilles, anneaux à tiges, etc.)
131
Equipements amovibles de prise de charge : Equipements qui peuvent être installés
directement ou indirectement au crochet ou à un dispositif d’accouplement d’un appareil de
levage à charge suspendue. Les pinces à tôle, électroaimants, cés de levage, palonniers,
pinces, fourches de levage et le système de préhension par le vide, qui sont des dispositifs de
préhension de la charge, sont des équipements amovibles de prise de charge.
Elingue simple
Elingue comportant un seul brin.
Elingue multibrins
Elingue comportant 2, 3 ou 4 brins. Les différents brins sont reliés à une maille de tête de
façon à assurer un débattement convenable des différents brins.
Elingue sans fin ou estrope
Elingue formée par un élément dont les extrémités ont été raccordées entre elles (élingue
fermée).
Charge maximum d’utilisation (CMU en français ou WLL en anglais) : Masse maximale que
l’élingue est autorisée à supporter en utilisation courante
132
Facteur de mode d’élingage (M) : Facteur appliqué à la charge maximale d’utilisation (CMU)
d’une élingue pour prendre en compte la géométrie de l’élingage (nombre et angles
d’élingage) ainsi que la conséquence du pliage de certains composants.
Coefficient d’utilisation : Rapport arithmétique entre la charge minimale de rupture garantie
par le fabricant et la charge maximale d’utilisation marquée sur l’accessoire.
Les élingues :
Les élingues sont des accessoires de levage fabriqués à partir de différentes matières. Les
types d’élingues les plus couramment utilisées sont des chaînes, les câbles d’acier et les
sangles de fibres synthétiques.
Les élingues peuvent être simples, doubles ou à brins multiples. A chaque extrémité, on trouve
un accessoire d’accrochage, els une boucle, un crochet, un anneau ou une manille.
Charge Maximale d’Utilisation (CMU)
Dans un système de levage interviennent :
 des charges à lever
 des supports d’accroche : poutres, ponts, porteuses (ou perches)…
 des appareils de levage : moteurs, palans manuels, équipes à main…
 des élingues : élingues acier, élingues chaînes, élingues sangles…
 des éléments connecteurs ou accessoires : mousquetons, manilles, maillons rapides,
colliers, tendeurs…
Afin d’effectuer un levage dans les règles, le machiniste (opérateur) doit avoir connaissance :
⎯ du poids de la charge à lever
⎯ de la limite de rupture (ou Charge de Rupture) ou la CMU des éléments
incorporés dans le système (élingues, chaînes, câbles, manilles, maillons rapides,
porteuses, poutres…).
Pour travailler avec une marge de sécurité, l’utilisation des éléments du système de levage
doit être éloignée de la valeur de limite de rupture… intervient alors la notion de CMU.
Définition
La CMU, Charge Maximale d’Utilisation, (ou en anglais SWL = Safe Working Load, ou encore
WLL = Working Load Limit) est la charge limite maximale que l’on applique à tout matériel de
levage (guindes, mousquetons, chaînes, manilles, élingues…) pour l’utiliser dans le respect des
règles de sécurité .
133
La Charge de Rupture (CR) (ou BLL, Breaking Load Limit en anglais) d’un matériel est
déterminée par les fabricants. Elle indique la valeur pour laquelle ce matériel atteint son point
de destruction.
Les Coefficients de sécurité varient selon le type de matériel utilisé et sont définis par le Code
du Travail. Ils sont appliqués à la valeur de la charge de rupture du matériel de levage. Ils
permettent d'augmenter la sécurité de manœuvre d'une charge, définissant ainsi la valeur de
la Charge Maximale d’Utilisation du matériel. Les coefficients de sécurité intègrent les efforts
dynamiques subis par les matériels.
Par exemple, un câble est toujours renseigné par une valeur de charge de rupture donnée par
son fabricant, une élingue renseignée par une CMU.
Certains matériels peuvent être renseignés sous des terminologies telles que : “Limite de
Fonction” ou “Valeur d’Utilisation Maxi” ou “Charge de Travail”...
Principales causes d’accident
 Décrochage de charge : Il s’agit de la cause la plus fréquente d’accident. Le décrochage
peut se produire par glissement d’une charge élinguée en panier ou entre la charge et
l’élingue ou entre l’élingue et le crochet.
 Rupture de l’élingue : Les élingues de textiles sont les plus exposées à ce risque.
 Basculement de la charge : Le basculement provient le plus souvent d’un mauvais
alignement du centre de gravité de la charge.
 Coincement des membres supérieurs : Ce type d’accident est lié à des postures
non adaptées à la manutention ou à une mauvaise communication entre l’élingueur
et le conducteur de l’appareil.
 Chute d’une partie d’une charge fractionnée : Ce type d’accident est lié à la
manutention de plusieurs objets ou tuyaux avec un élingage en panier. Si les éléments
ne sont pas liés, ils risquent de tomber.
Autres risques
• Chute en hauteur de l’élingueur lors de l’accrochage ou décrochage de charge
• Ecrasement pendant le déplacement de la charge
• Heurt de l’élingueur par le crochet de l’appareil
•…
134
135
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138
139
140
Les accessoires d’accrochages
Les appareils de levage e les élingues son munis d’accessoires d’accrochage qui permet
d’accrocher e de décrocher la charge. Il existe plusieurs pes d’accessoires don les plus
fréquents son :
⎯ Les crochets (hooks) ;
le tracé du crochet se fait suivant les proportions les plus couramment utilisées. Pour le cas
du crochet à section circulaire (ronde) :
D = 2a + 1,5h
a = 1,5 à 1,6 d
Forme
- Les crochets à section ronde peuvent être utilisés pour des charges inférieures
ou égales à une tonne.
- Au-delà, il est recommandé de s’en tenir strictement à la section trapézoïdale
ou elliptique.
141
Le crochet doit subir un traitement thermique convenant à l’acier utilisé :
- Recuit de normalisation
- Un traitement d’amélioration
Taux de travail à adopter
L’AIB (association des industriels Belges) recommande l’emploi de coefficient de sécurité
suivant :
- 3 pour les manutentions ordinaires avec appareil à main
- 4 pour les manutentions ordinaires avec appareil mu mécaniquement
- 5 pour les manutentions allongeuses
Calcul des crochets
L’axe du crochet doit toujours passer par le centre de l’ouverture, de ce fait le corps est soumis
à une force composée (traction et flexion). Seule la tige (partie qui reçoit l’écrou, travaille à la
traction).
Soient
P : la charge à soulever
d2 : le diamètre du noyau de la partie filetée
Trois sections doivent être vérifié : S1, S2, S3 et la charge P sollicitant le crochet est supposée
appliquée au point A.
 La section S1 est sollicitée au cisaillement tel que :
𝝈 = P/S1 avec S1 = πd1²/4
142

La section S2 est sollicitéé à la traction:
2
𝝈 = P/S2 avec S2 = πd2 /4
 La section S3 est soumise à une flexion et une traction. S3 étant une section circulaire,
son module de flexion a pour valeur : 0,1h3
𝝈 = P.l/0,1h3 + 4P/πh2
Formule de LELOUP
Mr Leloup calcule le crochet par la relation :
P = 𝝈.S/k
Avec : k le coefficient dépendant de la forme du crochet. Il dépend de β=h/a et de μ=B/b (h
étant la section dangereuse).
B
bh
La section dangereuse pour un crochet simple c’est la section horizontale extérieure S-S’. La
détermination de k se fait à partir d’abaques.
Pour les crochets de forme circulaire, k dépend de d/a
μ
K=0,5
k=0,56 k=0,73 etc
Β
143
Crochet double
IlLaest
utilisé
pour de fortes
charge
à considérer
vautcharges
P√2/2 souvent à partir de 15T.
⎯ Les pinces de levage ;
⎯ Les palonniers ;
⎯ Les manilles ;
⎯ Les ventouses ;
144
⎯ Les aimants
⎯ Les cés
145
-
Les pinces
146
147
148
149
CHAP.VI. ENTRAINEMENT DES ENGINS DE LEVAGE ET
DE MANUTENTION
Description
Les engins de levage et de manutention servent à déplacer les masses (charges):
 soit verticalement : ascenseurs, monte-charges, machines d’extraction, treuils,…
 soit dans les directions diverses : grues, ponts roulants, transporteurs-élévateurs,…
Calcul de la puissance des moteurs d’entraînement
La puissance nécessaire pour le levage dépend de 4 facteurs :
1. le poids de la charge et de tous les autres éléments qui se déplacent verticalement
simultanément avec la charge comme la cabine, le contre poids, le câble,… ;
2. la vitesse de levage en régime permanent ;
3. l’accélération de la charge de levage ;
4. le rendement de toute l’installation
Un trait caractéristique d’un ascenseur ou monte-charge vertical est la constance du couple
causé par la charge.
Le moteur doit surmonter aussi la résistance de frottement de divers éléments, résistance qui
est un peu plus grande au démarrage qu’en régime permanent. Ceci est l’une des difficultés
rencontrées au démarrage des ascenseurs qui devront avoir une capacité élevée de surcharge.
La vitesse maximale dépend aussi bien des facteurs économiques (une grande vitesse
nécessite un grand moteur) que des facteurs techniques : vitesse du câble, distance entre les
niveaux d’arrêt.
En pratique, on applique les vitesses énumérées ci-dessous :
Ascenseurs
0,5 – 1,5m/s
Ascenseurs rapides dans les bâtiments à plusieurs étages (>10)
1,5 – 3,5m/s
Monte-charges
0,15 – 0,75m/s
Monte-charges dans les mines
6 – 75m/s
Ponts roulants à la capacité de charge : 30KN
5 – 20m/min
100KN
3 – 4m/min
500KN
1,5 – 1,75m/min
Grues portuaires
15 – 60m/min
Les valeurs d’accélération et décélération dans les installations qui servent aux personnes sont
limitées à 0,3 – 0,6m/s2 car les accélérations plus grandes sont désagréables ou même
nuisibles aux passagers.
Aux monte-charges on peut appliquer des valeurs plus grandes jusqu’à 1,2m/s2 si elles sont
justifiées au point de vue économique (dans les installations de levage, dans les ateliers et
magasins, on applique même 0,2m/s2 pour le matériel fragile).
Aux monte-charges de mines, on applique des faibles accélérations pour le transport des
personnes et des accélérations relativement grandes pour le transport des produits miniers.
150
En général, les valeurs d’accélération et de décélération sont les mêmes et restent constantes
lors du freinage et du démarrage.
Le diagramme v=f(t) présente un présente un trapèze isocèle, car le temps de démarrage est
égal au temps de freinage.
S’il n’y avait pas de limitation de vitesse, le trapèze deviendrait un triangle. La superficie de ce
triangle représente la hauteur de levage h :
�
h=∫
� ���
� � �
L’allure triangulaire de la courbe v = f(t) assure le plus court temps de levage. Dans ce cas nous
avons :
et comme vmax = a
h=
�
�
�
ttot, alors vmax = √� . �
�
vmax ttot
si la hauteur h était grande, nous atteindrions vmax élevée. En pratique, vmax est limitée.
� ��𝒙
Le temps de démarrage est td =
� �
La puissance nécessaire pour lever le poids à une vitesse constante est égale à :
Puissance =
� .�
𝜼
et si notre installation est équipée d’une cabine Pc et si la charge est Pch il faut mettre dans la
formule P = Pc + Pch. Si la cabine monte à vide P = Pc.
Dans la plupart de cas, pour diminuer la puissance nécessaire du moteur, on installe un contre
poids Pcp. Si la charge est pleine, la puissance nécessaire devient :
Pour une cabine vide
Pv =
� � + � � � +� � �
𝜼
Pcp
Pc
Pch
Pv=
� � −� � �
𝜼
v
151
On démontre que la puissance du moteur atteint son minimum si :
Pcp = Pc +
Pch , dans ce cas, pour monter la pleine charge, il faut une puissance :
� ,� � � �
P=
𝜼
v
La montée de la cabine vide est entrainée par le contre poids (car P= 0). Le contre poids est
calculé en fonction de la charge maximale à entrainer ?
Pour la descente de la cabine vide (qui est plus légère que le contre poids), il faudra développer
une puissance pour remonter le contrepoids, égale à la puissance nécessaire pour remonter
la cabine chargée.
Grâce au contrepoids, on peut diminuer la puissance nécessaire pour le mouvement uniforme
à environ un tiers.
Si la transmission entre le moteur et le tambour de câble est déjà déterminée, on peut calculer
le rendement η. Sinon on peut poser pour le calcul préliminaire, à titre d’orientation, on a :
 pour les installations industrielles : η = 0,6 (0,25 – 0,6)
 pour les ascenseurs industriels : η = 0,65 (0,3 – 0,65)
on définit le coefficient de transmission i entre le moteur et le tambour de câble de la manière
suivante, si Nt est la vitesse de rotation du tambour :
Nt = 60
�
𝝅� �
où Dt est le diamètre du tambour.
Le coefficient de transmission i =
𝑵�
𝑵�
=
� � �
𝝅� � 𝑵�
Moteur
tambour de diamètre Dt
1
2
No
v
Si la hauteur de levage est très grande, par exemple dans les puits de mines, le contre poids
du câble devient considérable et influence le couple résistant. Pour compenser cette influence
on installe parfois le câble d’équilibre.
152
Le moteur doit entrainer non seulement la puissance pour le régime permanent mais aussi la
puissance nécessaire pour mettre toutes les masses en mouvement avec une accélération a.
cette puissance Pd correspond au couple dynamique Cd.
Le couple dynamique doit accélérer les éléments rotatifs et les éléments en mouvement
linéaire.
Si nous connaissons le moment d’inertie J de tous les éléments rotatifs ramenés à l’arbre du
moteur, nous pourrions facilement calculer l’énergie cinétique nécessaire pour mettre le
moteur (avec tous ces éléments rotatifs) en rotation avec N o, la vitesse de rotation.
Ec =
𝑱.𝝎�
�
�
𝝅� 𝑱.𝑵�
=
� � � �
Il n’est pas facile de calculer J.
Admettons que nous connaissons le moment d’inertie de tous les éléments rotatifs (sauf le
moteur) car nous avons déjà choisi les éléments à titre préliminaire. Mais nous ne pouvons
pas connaitre le moment d’inertie du moteur, car nous ne connaissons pas encore sa
puissance.
Comme première approximation, nous admettons que la puissance du moteur est égale à (1,1
– 1,3) P ; où P est calculée en régime permanent.
Si nous connaissons la puissance du moteur, nous pouvons le choisir et trouver son moment
d’inertie. Ensuite nous calculons le moment d’inertie total ramené à l’arbre du moteur et
l’énergie Ec’.
L’énergie cinétique Ec’’, nécessaire à donner une vitesse v aux masses un mouvement linéaire
(cabine, charge, contrepoids) est :
Ec’’=
1
2�
(Pc – Pcp + Pch).v2
𝑣
L’énergie cinétique totale Ec = Ec’ + Ec’’ est nécessaire pendant le temps de démarrage t d =
. Donc la puissance moyenne de démarrage est :
P
�
=
dmoy
� �
� �
Pd(t) = ω(t).Cd
Nous avons admis que l’accélération reste constante, donc le couple dynamique restera aussi
constant. Comme la puissance augmente, l’énergie cinétique croîtra linéairement. La valeur
de cette puissance à la fin du démarrage vaut 2P dmoy.
153
Donc la puissance maximale absorbée par le moteur lors du démarrage sera :
Pmax = P + 2Pdmoy P est la puissance consommée en fonctionnement en régime permanent.
Il n’est pas nécessaire de choisir un moteur d’une telle puissance parce que tout moteur peut
être surchargé pendant une période assez courte. Cette puissance maximale doit remplir la
condition :
1,3 Pmax ‹ ou = PN
� ��𝒙
� 𝑵
Le facteur 1,3 est la réserve par exemple pour compenser la diminution de la puissance à cause
des pertes par frottement…
Calcul de la puissance des moteurs de translation des ponts roulants
Si le poids total du pont roulant avec tous ces éléments comme par exemple le chariot et avec
la charge transportée est G, et s’il faut appliquer à ce pont une force horizontale F pour le
déplacer, nous pouvons exprimer cette situation par la formule suivante :
F = Ct.G
Où Ct est le coefficient de la résistance à la traction qui, pour les ponts roulants et les
chariots est de l’ordre de 0,01 – 0,015.
La force nécessaire pour surmonter la résistance est composée de 4 composantes qui
servent à vaincre :
 la résistance dans les paliers ;
 le frottement de roulement des roues et de leurs boudins ;
 le frottement de transmission ;
 la poussée de vent dans le cas de ponts roulants à l’air libre.
154
La force de la résistance dans les paliers ramenée à la circonférence des roues porteuses
vaut :
D : diamètre des roues porteuses d : diamètre des tourillons
Fp = G μ d/D
μ : coefficient de frottement des paliers qui a la valeur :
- 0,08 – 0,10 pour les paliers à coussinets lisses ;
- 0,005 – 0,008 pour les paliers à billes ;
- 0,010 – 0,015 pour les paliers à rouleaux
La résistance de frottement de roulement résulte de la déformation de la voie, qui déplace la
réaction de la voie à une distance f dite ‘’ bras de frottement de roulement’’. La force
nécessaire à surmonter cette résistance est :
Ft = Gf/l = G 2f/D
Pour les ponts roulants f = 0,05cm.
Le frottement de transmission est pris en considération par le coefficient de rendement de la
transmission.
La force totale statique (en régime permanent) sur la circonférence de la roue porteuse est en
principe Ft = Fp + Ff mais en pratique elle est sensiblement plus grande à cause du frottement
des boudins et des frottements supplémentaires.
2� + 𝜇�
Ft = 𝐾
�
�
Le tableau suivant donne quelques valeurs de coefficient K
chariot
Ponts aux portées moyennes
Ponts aux grandes portées
Paliers à coussinet
1,2 – 1,4
1,5 – 1,8
1,9 – 2,0
Coefficient K
Palier à roulement
2-3
3,5 - 5
5,5 - 6
La puissance nécessaire pour la translation sur une voie droite horizontale et à une vitesse v
est :
P=
� 𝑡.
v
𝜂
Lors du démarrage avec l’accélérateur a, on a besoin d’une force dynamique supplémentaire
Fd = m.a
La puissance moyenne dynamique pendant la période de démarrage sera donc de :
� � .
P=
2𝜂
v
La puissance maximale lors du démarrage est :
Pmax = P +2Pd =
� 𝑡 +� �
𝜂
v = (K
2� +𝜇�
�
�
�
+
� 𝑣
)
𝜂
Le temps de démarrage est défini comme pour le levage : td = v/a
155
Traits caractéristiques des moteurs destinés aux machines de levage et de manutention
Taux de remplissage du cycle :
C’est le rapport entre le temps de fonctionnement du moteur et le temps total du cycle.
Τ = tir/ttot
T = 15% - 25% pour les ponts roulants
T = 40% - 60% pour les ascenseurs
Ces moteurs sont choisis en fonction du régime intermittent.
Parfois on rencontre des moteurs prévus pour un service temporaire de 30,60, ou 90 minutes
(par exemple les treuils d’une capacité de levage très grande qui fonctionnent rarement).
Capacité de surcharge :
Appelée aussi coefficient de sécurité ou coefficient de stabilité, elle est définie par le rapport
entre le couple maximal et le couple nominal. Elle est élévée pour les engins de levage et de
manutention. Elle est de 1,7 à 2 pour les moteurs à usage normal et de 2,5 à 3 pour les moteurs
des engins de levage et de manutention.
Les moteurs servant à l’entraînement des engins de levage peuvent supporter des vitesses
entre 2 et 2,4 fois la vitesse nominale alors que les autres moteurs normaux ne peuvent pas
dépasser 1,2 fois la vitesse nominale. Ils ont aussi un moment d’inertie inférieur aux moteurs
normaux.
Les moteurs servant à l’entraînement des engins de levage et de manutention possèdent le
plus souvent un équipement spécial dont l’élément le plus important est le frein.
Il y a deux catégories de freins :
 Le frein de secours, qui agit lorsque la limite de vitesse ou d’accélération est dépassée.
Il agit aussi lorsque la cabine, le chariot ou le pont roulant dépasse le limiteur de
course. Son fonctionnement peut être manuel ou automatique.
 Le frein de manœuvre, qui est en principe bloqué en temps d’arrêt. Avant de mettre
le moteur en mouvement, il faut desserrer ce frein.
……………..
Fin
……………………
156