Fiche commission Manutention-levage - Avril 2014

Commission
Manutention-levage
et stockage
Commission : Manutention-levage et stockage.
Président : Gérard Piron (Réel).
Chargé de profession : Alain Trouvé.
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Membres de la commission : 18 sociétés, un représentant du syndicat professionnel Cisma.
Comité programme : Engins mobiles et installations regroupant les professions Machines
agricoles - Matériels de travaux publics, carrières et préparation des matériaux, mines,
forage, équipements pour le bâtiment - Matériels de manutention-levage, stockage.
Collaboration entre industriels et le Cetim, les Comités programme doivent optimiser
les moyens consacrés à la R&D en fédérant les thèmes communs à plusieurs commissions
professionnelles.
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Résultats globaux
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28 projets gérés en 2013 dont quatre lancés cette même année.
Types de projets réalisés par la commission :
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- simulation-calcul, normalisation : codes de calcul en levage (FEM, CEN) ; calcul des efforts sur flasques ; calcul des casiers
de stockage (Rack-Design), sécurité EN 280 élévateurs de nacelles, modélisation des pistes des roulements de couronnes,
caractérisation / modélisation des composants hydrauliques, modélisation des chocs galet / rail ;
- mesure, contrôle, surveillance : surveillance des treuils et palans, mesure des charges résiduelles sur essieu arrière, dévissage
des fixations, pilotage des machines par WiFi, surveillance prédictive par analyse des courants, contrôle des soudures d’angle
non pleinement pénétrées ;
- procédés, matériaux : assemblage de matériaux métalliques avec des non-métalliques, guide de choix patin de glissement chariot
télescopique, martelage pour amélioration de la tenue en fatigue des soudures, utilisation des câbles synthétiques ou hybrides,
guide pour le soudage des structures mécanosoudées, capitalisation des études soudage, cahier des charges de sous-traitance en
mécanosoudage ;
- Fatigue : influence du cisaillement moyen sur la tenue en fatigue des arbres, conception fiabiliste (méthodologie Deffi chargementrésistance), fatigue vibratoire, tenue en fatigue des couronnes d’orientation (banc couronne) ;
- divers : caractérisation des performances des huiles biodégradables, amélioration des performances énergétiques des engins
mobiles, spécification dimensionnement des transmissions de puissance par engrenage pour les appareils de levage, Road Map
Technologique.
Thématiques prioritaires du Comité programme
Conception fiabiliste, simulation vibro-acoustique, efficacité énergétique, maintenance prédictive, aide intelligente à la conduite et
à la stabilité des engins, applications structurales des matériaux composites, modélisation et simulation des procédés d’assemblages.
Technologies prioritaires 2015 en mécanique
Dans le prolongement de l’exercice Technologies Clés 2015 pour l’industrie française du ministère de l’Industrie, la FIM et le Cetim,
en partenariat avec le Cetiat, l’Institut de soudure et le LRCCP, ont identifié 41 technologies prioritaires pour les entreprises de
mécanique à l’horizon 2015. Ces technologies qui font ou feront la différence demain sont compilées sous forme de fiches et sont
consultables sur cetim.fr.
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Sélection du Comité programme :
• Entreprise étendue, Intégration du facteur humain, Éco-conception, Efficacité énergétique des produits et procédés, Aciers
très hautes performances et superalliages, Composites thermoplastiques, Assemblage multi-matériaux, Soudage de matériaux
à hautes performances, Conception / simulation mécatronique, Capteurs autonomes et communicants, Composants et machines
communicants, Conception de produits fiables et sûrs, Surveillance en continu, Télésurveillance et pilotage à distance.
Quelques résultats d’actions en 2013
E CAPITALISATION DES ÉTUDES SOUDAGE (ACTION DU COMITÉ PROGRAMME)
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Faire un point sur les très nombreuses études et ainsi réaliser une synthèse permettant de diffuser ces connaissances dans le domaine
du soudage : voici l’objectif principal de cette action. Ce sujet d’importance et intéressant les structures pour Engins mobiles et
installations, le Cetim en a pris la mesure depuis de nombreuses années puisque les actions collectives liées à cette thématique
sont innombrables.
Ces informations ont donc été regroupées et remises en perspective au sein des cinq chapitres suivants :
- conception (conceptions d’assemblage et des choix de métaux de base) ;
- soudabilité des matériaux (problèmes de métallurgie du soudage pour quelques nuances d’aciers mis en œuvre en structure
ou en éléments anti-abrasion) ;
- procédés de soudage et soudabilité opératoire (paramètres du soudage MAG et ses variantes et soudage laser hybride) ;
- aptitude à l’emploi (comportement des assemblages soudés vis-à-vis de la tenue à la fatigue) ;
- opération post soudage (qualité des réparations, parachèvements pour améliorer la tenue en fatigue et mise en peinture).
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Valorisation Mise à disposition d’un rapport dans la collection Performances « Capitalisation des études soudages Engins mobiles
et Installations », Réf. 9Q225, en septembre 2013 reprenant la totalité de l’étude. Ce recueil est téléchargeable gratuitement
pour les cotisants sur le site internet du Cetim, rubrique Mécathèque. Plus de 550 téléchargements ont été réalisés sur les quatre
derniers mois de l’année.
E GUIDE DE CHOIX DE PATIN DE GLISSEMENT POUR ENGIN DE LEVAGE À FLÈCHE MOBILE
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L’augmentation de la qualité des aciers (HLE et THLE par exemple) permet d’envisager des flèches avec des portées de plus en
plus grandes. Cette augmentation de portée implique sur les patins de glissement des conditions de fonctionnement plus sévères
et l’apparition de nouveaux problèmes comme le « stick-slip », l’augmentation du coefficient de frottement. Ces conséquences ont
des répercussions non seulement sur le confort de l’utilisateur (bruit, vibration), mais aussi sur le coût de la machine (puissance
de vérin plus élevée, usure rapide des patins). L’étude engagée a permis de mettre en évidence les paramètres qui influent sur
le frottement (état de surface des tôles, choix de la peinture, matière et forme des patins, lubrifiant, …) et de les relier aux
conditions d’utilisation. L’objectif final prévu étant de fournir un guide de choix de patin de glissement en fonction des conditions
d’utilisation et des paramètres significatifs influents.
Valorisation Mise à disposition d’un rapport dans la collection Performances « Guide de choix des patins de glissement » en cours
d’année 2014. (Ce recueil sera téléchargeable gratuitement pour les cotisants sur le site internet du Cetim, rubrique Mécathèque).
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E CARACTÉRISATION DES HUILES BIODÉGRADABLES (ACTION DU COMITÉ PROGRAMME)
L’évolution des exigences techniques et les nouvelles contraintes environnementales ont vu naître une gamme étendue de lubrifiants à base végétale dans des applications variées. On peut s’attendre à ce que l’utilisation de ces huiles « biodégradables »
devienne de plus en plus réglementée soit en lien avec l’équipement soit avec son utilisation dans des zones dites
« sensibles » (réglementation concernant les chaînes de tronçonneuses en Autriche, réglementation interdisant les huiles minérales
pour les bateaux naviguant sur les voies d’eau en Suisse). Pour les constructeurs d’engins mobiles se pose la question de la performance
de ces huiles biodégradables dans leurs fonctions de base (lubrification, transmission de puissance), dans leurs interactions avec
les matériaux en contact (stockage), mais aussi dans leurs tenues dans le temps (fiabilité, durabilité). Suite au dossier d’instruction
mené précédemment, les auteurs de l’étude se sont concentrés dans un premier temps sur les huiles « bio » pouvant faire
fonctionner les systèmes de transmission de puissance (volume important, fuite possible) et ont réalisé un banc d’essai afin de
caractériser les performances de ces huiles « bio » en les comparant à celles d’une huile minérale classique.
Valorisation Opérationnel, le banc d’essai est mis à disposition des industriels. À noter que les premiers résultats, concernant l’huile
minérale (dite de référence), ont permis de connaître la durée de vie d’un moteur hydraulique ainsi que de détecter le début de
dégradation de l’huile après 1586 heures de fonctionnement. Ces données permettront de comparer en 2014 la tenue en fatigue
d’un même moteur hydraulique, mais avec une huile biodégradable.
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Quelques actions sur 2014
E APPLICATIONS DES MATÉRIAUX NON-MÉTALLIQUES (ACTION DU COMITÉ PROGRAMME)
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Utiliser des matériaux non-métalliques, pour des raisons d’allègement, intéresse les fabricants d’engins mobiles d’autant plus
s’ils peuvent être utilisés sur des pièces de structure. Une première action, au travers d’un démonstrateur intégrant différents types et
technologies d’assemblages de matériaux métalliques avec des non-métalliques, a permis de tester ces assemblages mécaniquement
(tenue aux efforts). Cette première action a été conclue avec la parution d’un guide pratique d’aide à la conception, destiné aux
B.E., permettant à un concepteur mécanicien de dérouler une analyse technico-économique de substitution d’une pièce métallique
par une pièce composite (rapport Performances « Démarche de conception composite d’éléments d’engin mobile », Réf. 9Q226).
Une seconde action, d’une durée de deux ans, a été lancée et concerne la réalisation complète d’une pièce de structure en composite
de type « fléchette » d’un bras télescopique d’un engin de levage. Ce travail représente un des cas d’applications du Projet Assemblage
multi-matériaux (PAMM).
Les travaux 2014 permettront la réalisation de cette fléchette en matériau composite. Le test final consistera en une campagne
d’essais (déformations sous charges) afin d’en valider la tenue. La diminution de masse attendue de cette fléchette serait de
l’ordre de 35 %.
E AMÉLIORATION DES PERFORMANCES ÉNERGÉTIQUES DES ENGINS MOBILES (ACTION DU COMITÉ PROGRAMME)
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Accroître l’efficacité énergétique des machines mobiles, augmenter leur productivité et leurs performances, optimiser leur coût
total de possession et, simultanément, protéger l’environnement en les inscrivant dans une optique de développement durable,
constitue un véritable challenge pour les entreprises du Comité programme Engins mobiles et Installations.
Une première action a permis de réaliser des analyses technologiques diverses (les systèmes de dépollution, les architectures
de machines, la gestion et l’optimisation de l’énergie dans un environnement hybride, etc.) ainsi que le traitement et l’analyse
de solutions d’amélioration énergétique des fonctions de levage et de la rotation tourelle d’une mini-pelle par simulation.
La modélisation est suffisante pour prédire l’intérêt d’une solution technologique de récupération d’énergie comme par exemple
l’utilisation d’un accumulateur
En 2014, débute une seconde action qui doit permettre de simuler et de modéliser l’ensemble d’un engin mobile roulant sur terrain
accidenté (a priori une nacelle élévatrice à bras articulé) afin d’optimiser ses performances énergétiques, et plus particulièrement
la transmission de puissance (fonction translation).
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E MESURE DES DÉFORMATIONS EN FOND D’ENTAILLE
Les travaux sur l’approche courbe unique ainsi que ceux concernant la comparaison de la règle de Neuber avec les calculs par
éléments finis élasto-plastiques, ont poussé la commission MLS à s’intéresser aux mesures de déformation locale. L’idée étant
de « valider » les calculs par éléments finis ainsi que l’approximation de Neuber par des mesures. Actuellement, de nouvelles
technologies de mesure des déformations apparaissent et certaines peuvent permettre de les réaliser sur des faibles surfaces et en
fond d’entaille. Une première étude a permis de sélectionner la technologie de corrélation d’images numériques (CIN) comme étant
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la plus prometteuse. Des tests préliminaires sur trois appareils du commerce, mais uniquement sur des mesures de déformations
en statique ont été réalisés lors d’une deuxième étude. Le but étant, d’une part, de confirmer l’intérêt de cette nouvelle technique
et, d’autre part, de sélectionner un des appareils avant de se lancer dans des essais conséquents. Une troisième phase a permis
d’explorer les limites de la méthode et de l’appareil en lui-même à l’aide d’une campagne de validation en fatigue (dynamique)
réalisée sur des éprouvettes cylindriques entaillées (Kt = 2 et 3) parfaitement connues. Ces essais ont clairement montré que
la méthode de mesure par corrélation d’images numériques permettait l’obtention de résultats exploitables, même pour des
géométries relativement complexes comme l’éprouvette cylindrique entaillée Kt : 3.
Les travaux 2014 consisteront en la réalisation d’une nouvelle campagne d’essais sur des éprouvettes entaillées, mais en pilotant
en déformation et non plus en effort comme lors des essais précédents. Le but étant d’affiner les méthodes de contrôles afin de
prendre en compte l’état de déformation lors de l’amorçage de la fissure, en vue de la comparaison avec les calculs.
L’objectif final étant de valider la corrélation calcul-mesure en statique et dynamique, et de prendre en considération les phénomènes
élasto-plastiques en fond d’entaille.
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