Chaîne porte-câbles sur axe incliné : gravité, goulotte et effort de poussée

Où apparaissent les axes inclinés sur les machines

Un axe incliné est tout axe dont la direction de déplacement n'est ni horizontale ni verticale. On en rencontre plus souvent que la plupart des constructeurs ne l'imaginent : le portique incliné d'une scie à pierre ou à pont, la tête basculante d'une machine cinq axes, l'axe Z incliné d'un centre d'usinage de tubes ou de profilés, la rampe d'un convoyeur à copeaux, le magasin d'outils incliné d'un centre de perçage, le bras de chargement incliné d'un changeur de palettes.

Tous partagent une propriété qui change toute la spécification : une partie du poids de la chaîne agit désormais dans la direction du déplacement. Sur un axe horizontal la gravité est perpendiculaire au mouvement et la chaîne n'a qu'à être portée. Sur un axe vertical elle agit entièrement dans le sens du mouvement et la chaîne pend. Sur un plan incliné les deux effets se mélangent, et le rapport change à chaque degré.

La gravité change le chemin de charge

Pour un axe incliné d'un angle a par rapport à l'horizontale, la composante du poids de la chaîne et du faisceau agissant le long de l'axe est proportionnelle à sin a, et celle qui presse la chaîne sur son support à cos a.

• À 15 degrés, seuls 26 % du poids tirent le long de l'axe, mais 97 % appuient encore sur la goulotte. La chaîne se comporte presque comme à l'horizontale.
• À 45 degrés, 71 % tirent le long et 71 % appuient. Les deux effets comptent, et c'est la plage la plus exigeante.
• À 70 degrés, 94 % tirent le long et seulement 34 % appuient. La chaîne se comporte comme à la verticale et le risque passe de la flèche au glissement.

La règle pratique : en dessous d'environ 30 degrés, un axe incliné se traite comme horizontal ; au-dessus d'environ 60 degrés, comme vertical. Entre 30 et 60, il demande sa propre analyse, car ni la recette horizontale ni la verticale n'est sûre.

Ce qui change à chaque angle

N'acceptez pas la validation « horizontal » d'un fournisseur pour un axe à 40 degrés sans demander ce qui change. La série de chaîne peut être la même ; la goulotte, les serrages et le rayon de courbure ne le sont généralement pas.

Goulottes en pente : guider, pas seulement porter

Sur une pente, la goulotte fait deux travaux qu'une goulotte horizontale ne fait pas : elle porte la chaîne et elle l'empêche de monter vers l'aval.

• Le guidage latéral est obligatoire au-delà d'environ 20 degrés. Un canal ouvert laisse la chaîne dériver latéralement à chaque inversion jusqu'à sortir.
• Précontraindre légèrement la chaîne contre le fond. Une chaîne simplement posée avance de quelques millimètres par millier de cycles vers l'aval, et en un an cela suffit à heurter le support d'extrémité.
• Drainer la goulotte en bas. Lubrifiant et eau de lavage descendent et stagnent au support inférieur, exactement là où se trouvent le serrage et l'entrée de câbles.
• Un revêtement à faible frottement au fond. En pente la chaîne glisse en plus de rouler, et le frottement de l'acier nu s'ajoute à l'effort que l'axe doit fournir.
• Laisser le haut ouvert. Une goulotte entièrement fermée emprisonne air et fluide en haut et rend l'inspection impossible.

Effort de poussée et flambage

Une chaîne porte-câbles est un organe de poussée et de traction : l'extrémité mobile pousse la chaîne devant elle sur une course et la tire sur l'autre. En pente, la course descendante travaille avec la gravité et la montante contre elle.

Deux limites s'appliquent à la course montante. La première est l'effort disponible de l'entraînement, rarement le problème. La seconde est le flambage : si la chaîne est poussée et que l'extrémité opposée est retenue, le trajet peut fléchir latéralement ou sortir de la goulotte. La charge de flambage chute fortement avec la longueur non supportée, d'où la nécessité, sur un long trajet incliné, de supporter les deux brins et pas seulement l'inférieur.

• Vérifiez l'effort de poussée maximal de la série, pas la résistance à la traction. Ce sont deux chiffres différents et un seul gouverne.
• Gardez la chaîne droite en vue de dessus. Une légère courbure dans la goulotte réduit fortement la charge de flambage.
• Réduisez le nombre de câbles et flexibles sur l'axe incliné si l'effort est juste : c'est le poids qu'il faut pousser vers le haut.
• Sur les pentes très raides, un contrepoids ou un tendeur à ressort enlève l'essentiel de la charge montante à la chaîne.

Ancrage et centre de gravité

Le point fixe d'une chaîne inclinée doit être en bas, pas en haut, pour deux raisons : la masse mobile est plus basse, et tout fluide entrant dans la chaîne s'écoule loin des câbles au lieu d'y pénétrer.

• Ancrez en bas et laissez la chaîne former sa boucle vers le haut. Le support supérieur ne fait alors que guider, il ne porte pas le poids suspendu.
• Si la géométrie impose un point fixe en haut, utilisez un bloc de serrage qui reprend tout le poids du faisceau et une reprise de traction qui soulage les conducteurs.
• Gardez le faisceau centré sur la largeur de chaîne. En pente, un faisceau excentré crée une charge de torsion qui se traduit par un flasque usé plus vite.
• Laissez une boucle de service aux deux extrémités pour pouvoir déconnecter la chaîne sans couper de câble.

Câbles sur un trajet incliné

Les règles de câblage sont celles d'un axe horizontal, avec deux ajouts qui viennent directement de la gravité.

Usure asymétrique : le signe de la pente

Une chaîne inclinée s'use de façon inégale, et le motif indique la cause.

• Bande polie sur un seul flasque. La chaîne est poussée latéralement, souvent par un défaut d'alignement de goulotte ou un faisceau non centré.
• Usure concentrée au coude inférieur. La chaîne y porte plus que prévu, généralement parce que le point fixe est en haut.
• Usure régulière mais rapide. La chaîne glisse au lieu de rouler, ce qui indique un revêtement absent ou usé dans la goulotte.
• Allongement plus rapide qu'à l'horizontale. Les articulations travaillent contre la gravité à chaque cycle ; acceptez un intervalle d'inspection plus court.

Maintien, freinage et perte d'alimentation

Sur les pentes raides, l'axe peut devoir tenir sa position hors alimentation, et le porte-câbles contribue à cette charge.

• Incluez la composante de poids de la chaîne et du faisceau dans le calcul du frein de maintien. Elle est faible devant la masse machine, mais pas négligeable sur une tête basculante légère.
• Si l'axe peut perdre l'alimentation en position inclinée, vérifiez que la chaîne ne peut pas descendre seule. Une chaîne à revêtement faible frottement dans une goulotte raide peut ramper.
• Prévoyez une butée mécanique en bas de goulotte pour arrêter une chaîne emballée avant le support.

Installation en pente

1. Monter d'abord la goulotte et contrôler sa rectitude dans les deux plans ; une torsion ressortira plus tard en usure latérale.
2. Régler le support bas, puis faire monter la chaîne à la main sur tout le cours avant de raccorder les câbles.
3. Confirmer que la chaîne ne sort de la goulotte à aucun point de la course.
4. Installer les câbles du plus lourd au plus léger et serrer chacun en bas au fur et à mesure.
5. Faire dix cycles et vérifier le glissement vers l'aval en marquant la chaîne par rapport à la goulotte.
6. Contrôler le drainage avec le lubrifiant en marche, pas à sec.

Liste de vérification pour un axe incliné

1. Angle de l'axe par rapport à l'horizontale, en degrés, aux deux extrémités d'une éventuelle plage de basculement.
2. Longueur de course et cadence de cycles.
3. Poids du faisceau par mètre et câble ou flexible le plus lourd.
4. Série de chaîne, effort de poussée admissible et longueur maximale non supportée.
5. Type de goulotte, guidage latéral et matériau du revêtement.
6. Quelle extrémité est fixe et si le fluide peut atteindre le serrage.
7. Données du frein de maintien et possibilité de perte d'alimentation en position inclinée.

Avec ces sept réponses, la pente cesse d'être un détail et devient une donnée de conception : l'angle fixe le type de support, le poids fixe l'effort de poussée, le point fixe fixe le serrage.