Conception de convoyeur à chaîne : traction par chaîne, sélection des pignons et pièges du monde réel

Dans une usine de conditionnement que nous avons visitée l'année dernière, un nouveau convoyeur à chaîne a commencé à sauter des dents sur le pignon d'entraînement au cours de son premier mois de fonctionnement. L'équipe de maintenance a blâmé la chaîne. Le véritable problème résidait dans la conception : la chaîne avait été sélectionnée pour une charge en régime permanent plutôt que pour un couple de démarrage maximal, et l'ensemble tendeur avait une course trop faible pour absorber l'impulsion. Le correctif n'était pas une meilleure chaîne. Il s'agissait d'un recalcul de la traction de la chaîne, d'une prise plus longue et d'un pas en avant dans la classe de chaîne. Pour les ingénieurs travaillant sur la conception de convoyeurs à chaîne, le point à retenir est simple : traiter la chaîne comme un élément structurel et dynamique, et non comme un élément de marchandise . Ce guide explique les décisions de conception qui déterminent si un convoyeur fonctionne pendant des années ou tombe en panne en quelques semaines.

Ce que couvre réellement la conception du convoyeur à chaîne

La conception du convoyeur à chaîne combine la chaîne, les pignons, les rails de guidage, l'unité d'entraînement et l'ensemble de réception dans une machine qui déplace le produit de manière fiable à un débit spécifié. Contrairement à un convoyeur à bande, un convoyeur à chaîne transmet la charge par engagement positif. Cela lui confère une capacité de charge plus élevée, une meilleure tolérance à l’abrasion et la capacité d’indexer ou d’accumuler le produit avec précision. Le même engagement positif crée également des pulsations, des contraintes d’alignement et des mécanismes d’usure qui doivent être pris en compte dès le début de la conception.

Composants qui définissent le comportement du convoyeur

Cinq composants dominent le comportement de tout convoyeur à chaîne. La chaîne porte la charge et transmet la force motrice. Les pignons, l'entraînement et la roue folle, assurent un engagement positif et règlent le rapport de vitesse. Des rails de guidage soutiennent les brins chargés et de retour et contrôlent le suivi. L'unité d'entraînement, généralement un moteur, une boîte de vitesses et un accouplement d'arbre, délivre le couple. L'ensemble enrouleur maintient la tension et absorbe l'allongement de la chaîne pendant toute la durée de vie de la ligne. Comprendre le caractéristiques structurelles de la chaîne de convoyeur relie tous ces éléments ensemble : la géométrie du maillon, le jeu entre la bague et la bague de goupille et la forme de fixation contrôlent la rigidité, le comportement à l'usure et la manière dont la chaîne repose sur les dents du pignon.

Calculs de base dans la conception de convoyeurs à chaîne

La traction par chaîne détermine chaque décision relative aux composants

La traction totale de la chaîne est le point de départ. Une approximation technique pratique est que la traction totale est égale au frottement de la charge plus le frottement de la chaîne plus une composante de gravité sur une pente plus un facteur dynamique pour le démarrage et l'impact. Sur un convoyeur horizontal, le frottement domine. À mesure que l’angle d’inclinaison augmente, le poids de la chaîne et de la charge, multiplié par le sinus de l’angle, s’ajoute directement à la traction. Une fois la traction estimée, appliquez un facteur de service de 1,2 à 1,5 pour les niveaux d'impact, puis vérifiez la chaîne par rapport à sa charge de travail autorisée à l'aide d'un facteur de sécurité de 6 à 8 , ce qui est une pratique courante en matière de convoyage. L'erreur la plus fréquente dans la conception des convoyeurs à chaîne est le dimensionnement pour des conditions de fonctionnement moyennes et l'ignorance du couple de démarrage maximal. Un convoyeur qui redémarre à pleine charge, ou qui rencontre un produit coincé à un point de transfert, peut voir une tension de fonctionnement deux à trois fois supérieure pendant plusieurs secondes. Cette pointe est ce qui brise la chaîne et cisaille les clés de pignon.

Un exemple rapide montre comment fonctionne la méthode. Un convoyeur horizontal transporte 900 kg de produit sur 30 m de chaîne pesant environ 4 kg par mètre. La traction de la chaîne en marche, en utilisant des coefficients de frottement d'environ 0,12 pour le brin chargé et de 0,1 pour le retour, est d'environ 1,3 kN. Multiplié par un facteur de service de 1,3 et une marge de sécurité de 6 pour 1, la charge de rupture minimale requise s'élève à environ 10,5 kN. Une chaîne standard 08B, avec une charge de rupture d'environ 18 kN, offre une marge confortable. Une classe 06B plus petite, à environ 9 kN, ne suffirait pas au moment où un pic de démarrage est ajouté. Le calcul est simple, mais c'est exactement l'étape qui est sautée lorsqu'un convoyeur est copié à partir d'une ligne existante sans vérifier la charge.

La vitesse, le pas et les dents du pignon sont liés

La vitesse de la chaîne est limitée par le type de chaîne, le pas et la méthode de lubrification. En règle générale, un pas plus petit et un plus grand nombre de dents de pignon permettent un fonctionnement plus fluide à une vitesse plus élevée. Une chaîne de convoyeur à double pas de 30 à 45 mètres par minute est courante pour la manutention des unités. Les chaînes de précision à pas court peuvent fonctionner plus rapidement, mais elles nécessitent une lubrification contrôlée et un alignement plus serré. Le nombre de dents de pignon mérite une attention particulière. En dessous de six dents, l'action des cordes crée une variation visible de la vitesse et augmente l'angle d'articulation, ce qui augmente la pression sur la douille. Huit à douze dents constituent la zone pratique pour la plupart des lignes de convoyage. Un plus grand nombre de dents fonctionne plus facilement et prolonge de manière mesurable la durée de vie de la chaîne, et le diamètre supplémentaire du pignon vaut généralement l'espace qu'il prend.

Sélection du type de chaîne adapté à l'application

Double pas ou pas court

La première décision de sélection est la classe de pas en chaîne. Les chaînes de convoyeur à double pas utilisent la même hauteur de maillon et le même diamètre de rouleau que les chaînes à rouleaux standard, mais avec un pas environ le double. Ils sont plus légers, moins chers et bien adaptés aux lignes de transport à centre long et à vitesse modérée. C'est pourquoi la plupart des convoyeurs de manutention d'unités, de traînées et de ferraille fonctionnent sur chaînes de convoyeurs à double pas . Les chaînes à rouleaux de précision à pas court constituent le meilleur choix lorsque le convoyeur doit s'indexer sur une position, accumuler du produit ou fonctionner à une vitesse plus élevée avec un minimum de pulsations. Si la ligne fonctionne à une vitesse inférieure à environ 45 mètres par minute sur de longs centres avec une charge modérée, le double pas gagne généralement en termes de coût total une fois les pignons et le déplacement du récepteur inclus.

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Les accessoires convertissent la chaîne en convoyeur

La plupart des chaînes de convoyeurs transportent les produits via des accessoires plutôt que via les rouleaux de chaîne nus. Les fixations pliées de type K sur un ou deux côtés sont les plus courantes, mais les broches allongées et les plaques à trous centraux sont largement utilisées pour monter des rouleaux, des chiens, des vols et des poussoirs. Lorsque l'aménagement nécessite un large chemin de produit ou un espacement de vol personnalisé, chaînes de convoyeurs à double pas with attachments donnez la liberté de conception pour correspondre à l'empreinte du produit sans passer à une solution coûteuse de liens personnalisés. Deux chèques comptent ici. Tout d’abord, vérifiez la contrainte de flexion au niveau de la connexion fixation-plaque dans le cas le plus défavorable d’impact du produit. Deuxièmement, vérifiez le moment admissible sur une goupille déployée lorsqu'une charge latérale est appliquée. Un vol qui semble rigide en CAO peut plier une goupille suffisamment pour fissurer la plaque de liaison après quelques mois de chargement cyclique. Gardez le point d'application de la charge aussi près que possible de l'axe de la chaîne et choisissez des broches trempées ou plaquées lorsque les charges latérales sont élevées.

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L'environnement décide du matériau et de l'étanchéité

Chaînes de convoyeurs travailler dans la poussière, les lavages, les produits chimiques et les températures extrêmes. Le avantages de l'acier allié dans les applications de convoyeurs industriels incluent une résistance à la traction plus élevée et une meilleure résistance à l'usure, mais l'acier allié a toujours besoin d'une protection en service humide ou corrosif. Pour les lignes alimentaires, pharmaceutiques et extérieures, chaînes de convoyeurs à double pas en acier inoxydable empêche les taches de rouille et garde les joints libres lors du lavage. Dans des conditions poussiéreuses ou granuleuses, l'alternative est une chaîne étanche : les joints toriques ou X-ring maintiennent le lubrifiant à l'intérieur du joint et les abrasifs à l'extérieur. Le résultat pratique est une durée de vie du joint cinq à dix fois plus longue par rapport à une chaîne non scellée dans le même environnement.

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Erreurs de conception qui apparaissent sur le terrain

La plupart des pannes de convoyeurs suivent des schémas prévisibles. La liste ci-dessous présente ceux qui apparaissent à plusieurs reprises dans les analyses des causes profondes et les commandes de remplacement d'urgence.

• Dimensionner la chaîne pour une traction en régime permanent uniquement, et non pour les charges de démarrage et d'impact maximales.
• Utiliser des pignons avec trop peu de dents, ce qui crée une pulsation de vitesse et accélère l'usure des axes et des bagues.
• Omettre suffisamment de course de rattrapage pour absorber l'allongement normal de la chaîne entre les intervalles d'entretien.
• Permet un désalignement des pignons, qui concentre la charge sur un côté des plaques de liaison.
• Souder les fixations de manière à créer des tensions au niveau du bord de la plaque de liaison.
• En supposant qu’une chaîne de convoyeur n’a pas besoin de lubrification car elle se déplace lentement.

Chaque erreur laisse une signature reconnaissable. Trop peu de dents de pignon produisent un broutage visible dans le toron chargé. Une courte course de rattrapage permet à la chaîne de se détendre à mesure qu'elle s'allonge, de sorte que le brin de retour fouette et claque le cadre. Des pignons mal alignés polissent un côté des axes et créent une usure asymétrique des plaques de liaison. Ce sont les causes courantes de défaillance de la chaîne de convoyeur cela peut être attribué à une décision de conception des semaines avant la panne réelle.

Travailler avec un fabricant de chaînes

Chaque conception de convoyeur à chaîne atteint finalement les limites du catalogue. Les espacements de fixation non standard, les pas inhabituels, les aciers spéciaux, les plaques robustes et les finitions résistantes à la corrosion ne relèvent pas des tableaux publiés. C'est à ce moment-là qu'un fabricant qui fabrique à la fois une chaîne et des pignons ajoute une réelle valeur, car il peut valider la paire chaîne-pignon en tant que système plutôt que comme deux pièces provenant de sources indépendantes. La même logique s'applique lorsqu'un convoyeur doit correspondre à une ligne existante : la chaîne et le pignon d'une seule source éliminent les différences de profil de dent et de largeur qui accélèrent l'usure.

Lorsque vous approchez un fabricant de chaînes, partagez les mêmes entrées que celles utilisées dans votre calcul. Caractéristiques du produit, débit, longueur du convoyeur, inclinaison, vitesse, disposition d'entraînement, démarrages par heure et conditions de lavage ou de poussière. Un bon fournisseur d'ingénierie vérifie la traction de la chaîne, recommande la classe de pas et la forme de fixation et vous indique si les broches trempées, l'acier inoxydable ou les joints sont justifiés par les données. Cette étape de vérification est peu coûteuse par rapport au coût d’un convoyeur qui arrête la production à pleine charge.

La conception des convoyeurs à chaîne récompense une vision au niveau du système. Calculez honnêtement la traction de la chaîne en tenant compte des charges maximales, choisissez la classe de pas et les accessoires en fonction du produit et de l'environnement, et accordez au ramassage et à la lubrification l'attention dont ils ont besoin pour les conditions réelles. Les heures consacrées à ces décisions sont insignifiantes comparées au coût d'une panne sur le terrain, et elles font la différence entre un convoyeur qui fonctionne pendant des années et un autre qui ne quitte jamais le journal de maintenance.