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May 06, 2023

Quels sont les derniers développements dans la recherche sur les câbles métalliques ?

Par D.Ann Shiffler10 novembre 2022 La recherche sur les câbles métalliques et en fibres est intense.

Par D.Ann Shiffler10 novembre 2022

La recherche sur les câbles en fil et en fibres est intense. Reportage de D.Ann Shiffler.

Au cours de la dernière décennie, une poignée de fabricants de grues se sont associés à des fabricants de fils et de câbles synthétiques pour étudier l’idée de remplacer les câbles lourds par des câbles en fibres plus légers. L’idée est de réduire le poids sans concéder de force.

Sven Balbiani, directeur commercial de Python Wire Rope, a déclaré que la plupart des équipementiers de grues sont satisfaits des produits de câbles métalliques actuellement disponibles.

« Nous ne voyons pas trop d’intérêt pour ce sujet parmi nos OEM », a déclaré Balbiani. « Il y a un fabricant de ponts roulants qui a mis en place toute une gamme de produits qui peuvent être équipés de câbles en fibres ou en acier. »

La majorité opte toujours pour le câble d’acier.

Quels sont les avantages des cordes synthétiques ?

WireCo a également travaillé avec des équipementiers pour explorer les possibilités pour les câbles synthétiques de servir de solutions alternatives aux câbles en acier.

« L’objectif principal est de réduire le poids sans compromettre la force, ce qui est de plus en plus préoccupant à mesure que les ascenseurs deviennent plus élevés, plus lourds et plus complexes », a déclaré Andreas Schmeiss, vice-président de WireCo. « Les cordes synthétiques ont également tendance à être plus faciles à manipuler et à installer, ce qui réduit la fatigue et les risques de blessures pour ceux qui effectuent les installations, les inspections et les remplacements. Et, sans aucun besoin de lubrification, les câbles en fibres offrent des avantages environnementaux.

Mais malgré tous ses avantages, la fibre pose des défis importants.

« Dans l’environnement industriel, dans lequel les cordes rencontrent fréquemment des arêtes vives et des surfaces abrasives, l’acier est généralement imperméable, tandis que les fibres sont susceptibles de s’effilocher », a-t-il déclaré. « Les fibres sont également sensibles aux rayons ultraviolets et à la chaleur excessive. Les températures élevées peuvent provoquer une condition connue sous le nom de « fluage », dans laquelle une corde devient souple et s’étend jusqu’à un point au-delà de sa forme originale.

Le rayonnement ultraviolet peut dégrader les filaments de corde, nécessitant l’application de revêtements spéciaux pour éviter toute défaillance, a-t-il déclaré.

« Les critères de retrait sont également plus difficiles à déterminer avec les câbles synthétiques, où les méthodes d’essai non destructif utilisées pour juger de l’état d’un câble en acier ne conviennent pas », a-t-il déclaré. « Les câbles synthétiques ont tendance à être plus chers que les câbles métalliques en acier. Pour la même application, le coût de la fibre peut dépasser celui de l’acier jusqu’à trois ou quatre fois.

Avec l’acier et les produits synthétiques, WireCo a des solutions pour une utilisation finale donnée, quel que soit le matériau, a déclaré Schmeiss.

« La corde en fibre aide à réduire considérablement le diamètre de corde requis », a déclaré Balbiani. « Dans certains cas, l’acier est clairement le gagnant. Dans d’autres cas, la fibre. Les revêtements avancés pourraient un jour faire pencher la balance en faveur des synthétiques, mais, pour l’instant, il serait difficile d’imaginer que la corde en fibres remplacerait complètement l’acier de sitôt.

La fibre se prête bien aux applications statiques, en particulier dans l’environnement maritime.

« Il s’agit notamment d’applications dans lesquelles les cordes ne sont pas continuellement enroulées et déroulées sur des tambours », a déclaré Schmeiss. « WireCo, par l’intermédiaire de Lankhorst Ropes, utilise depuis longtemps des cordes synthétiques pour amarrer des navires, des plates-formes énergétiques offshore et, plus récemment, des éoliennes flottantes. Ces cordes sont transportées et installées en mer, ce qui fait du poids réduit, de la haute résistance, de la facilité de manipulation et de la résistance à la corrosion des synthétiques le choix préféré de l’acier.

WireCo a récemment lancé la série Union Gladiator de pendentifs à flèche, un câble à base de fibres pour les pelles minières.

« Contrairement à l’acier utilisé dans les pendentifs conventionnels, les fibres synthétiques d’aramide de Gladiator agissent comme un amortisseur pendant les opérations d’excavation, réduisant ainsi les contraintes liées à la fatigue pour l’équipement de pelle et ceux qui l’utilisent », a déclaré Schmeiss. « Ceci, à son tour, pourrait prolonger la durée de vie des pelles et des draglines jusqu’à trois à quatre fois par rapport à la durée de vie généralement observée lors de l’utilisation des technologies traditionnelles de l’acier. »

La fibre a également le potentiel d’une utilisation plus large dans les applications dynamiques. Les élingues synthétiques et sont bien acceptées dans le secteur du levage.

Charge et poids de rupture

Les grues mobiles, cependant, présentent un défi particulier, car les câbles doivent trouver un équilibre optimal entre la charge de rupture et le poids.

Balbiani a cité trois entreprises offrant une corde en fibre sur leurs grues / palans. Une grue utilisant un câble en fibre est une exception, pas la règle, a-t-il déclaré.

Schmeiss a déclaré que les charges limitées par essieu des grues pour véhicules homologuées pour la route et les limites de poids pour les grues sur chenilles exigent que les câbles fournissent une charge de rupture en constante augmentation à un diamètre constant. Pour répondre à ces exigences, les alternatives synthétiques doivent utiliser des fibres spéciales avec des résistances à la traction similaires à celles de l’acier, a-t-il déclaré.

C’est ce que fait LankoLift S de Lankhorst Ropes, a déclaré Schmeiss. Le câble jaune se compose de 12 torons extérieurs tressés en Dyneema de haute technologie et offre une résistance à la rupture égale à celle d’un câble en acier de même épaisseur. Le noyau de LankoLift est conçu pour résister aux pressions transversales, et les tests de laboratoire impliquant des cycles de flexion inversés ont donné des résultats prometteurs. La corde est également dotée d’un revêtement spécial en fibres qui réduit la friction intérieure et augmente la résistance aux ultraviolets.

« Les participants aux tests de grues LankoLift ont toujours été impressionnés par le faible poids, la flexibilité et la facilité de manipulation du produit lors de l’installation et des changements de blocs de crochet », a déclaré Schmeiss. « La corde s’est avérée adaptée aux charges utiles plus élevées, en particulier celles impliquant des hauteurs de levage plus élevées et des longueurs de flèche plus longues. Les faibles exigences en matière d’entretien offrent un avantage supplémentaire, car les câbles synthétiques de ce type sont résistants à la corrosion et ne nécessitent aucune lubrification supplémentaire.

Et puis il y a l’idée de fusionner le fil et la corde en fibre – une corde hybride. Python étudie également ce concept.

« L’essentiel est que le câble en fibres supporte un désavantage de coût qui ne s’équilibre que lorsque les opérations sont très coûteuses, par exemple l’exploitation minière par puits profond, et que la réduction relativement faible du poids total s’accumule sur une longue longueur en faveur de la charge utile, [comme] augmenter la capacité d’une benne de 30 à 40 tonnes dans un puits de 3 000 mètres de profondeur, », a déclaré Balbiani. En raison des turbulences économiques, nous avons actuellement gelé ces projets et nous irons de l’avant lorsque les problèmes de chaîne d’approvisionnement seront résolus.

WireCo propose le Casar TurboLite M, une corde minière hybride avec un noyau en fibre à haute résistance recouvert de plastique, entouré de brins de fil d’acier. Cette construction offre un rapport résistance/poids élevé, ainsi qu’une résistance à l’abrasion et à la fatigue de flexion. Il a été conçu pour être utilisé dans les mines souterraines, où les puits sont devenus progressivement plus profonds et le poids du facteur limitant dans la capacité de levage, a déclaré Schmeiss.

« Comme avec d’autres applications qui favorisent les synthétiques, la réduction du poids est un avantage évident », a déclaré Schmeiss. « Il en va de même pour la durabilité accrue et le fluage réduit fournis par les câbles hybrides. En termes d’inconvénients et de facteurs qui limiteraient une utilisation plus large, le coût est probablement le plus important.

Beaucoup de recherches ont été menées sur les cordes hybrides. L’objectif principal a été de remplacer le noyau de câble métallique indépendant d’un câble métallique conventionnel par un câble synthétique haute performance qui possède également des caractéristiques portantes de support.

Les câbles synthétiques haute performance sont utilisés sur les camions-grues utilitaires pour les applications de fil de transmission et de transformateur. Ces cordes sont utilisées sur les grues à tour, les RT et même les ponts roulants. L’industrie des ascenseurs étudie également l’utilisation de câbles hybrides.

Les câbles hybrides sont conçus avec un mélange de fils d’acier et de fibres haute performance qui combinent les caractéristiques des deux produits.

Nous sommes toujours à la recherche de moyens de réduire le poids d’une grue sans compromettre les propriétés mécaniques de levage. Le marché des grues mobiles exige des câbles avec une résistance à la rupture élevée et des caractéristiques non rotatives pour les levages longs et les poids accrus. En outre, nous devons réaliser que les raccords d’extrémité – tels que les boutons d’égout ou d’épeautre, les douilles et les douilles de coin – ont la capacité de faire la terminaison du câble hybride pour compléter l’installation.

Les critères d’inspection des câbles métalliques standard sont en place depuis longtemps. Depuis l’introduction des câbles synthétiques haute performance, les critères d’inspection sont également documentés. Les câbles synthétiques haute performance ont été principalement utilisés dans les applications de camions utilitaires avec des ascenseurs beaucoup plus courts et très peu, voire aucun, de parties de ligne à travers le bloc. Cela dit, les critères d’inspection des câbles synthétiques haute performance sont très importants, nécessitant une formation appropriée pour l’inspection quotidienne et l’inspection par des tiers. L’inspection de ces cordes a suscité beaucoup de discussions. Un sujet critique est le dommage. Si un câble d’acier saute une poulie, les fils d’acier extérieurs peuvent résister à l’abus. Mais avec une corde synthétique haute performance, des fibres de très petit diamètre peuvent être coupées entre la poulie et le bloc.

La recherche se poursuivra sans aucun doute. Une robe hybride donne plus de réponses lorsqu’il s’agit d’inspection et d’évaluation des dommages. Et il y a peut-être un certain confort à savoir qu’un câble hybride est protégé par du fil d’acier avec les fibres internes plus légères remplissant les caractéristiques de résistance, de flexibilité et d’équilibre du couple.

L’AUTEUR

Tony Fastuca, vice-président d’ASC Industries Python America, travaille dans l’industrie des câbles métalliques depuis 1979. Basé en Allemagne, Python fournit des cordes d’ingénierie pour des clients du monde entier.