Un guide sur les roues industrielles

Même si toutes les roues métalliques peuvent avoir l’air semblables, les roues ayant un nombre de tours par minutes bas qui sont utilisées pour des applications industrielles ne sont pas les mêmes que celles à haute capacité et à grande vitesse qui sont utilisées pour les trains de marchandise, les métros et les trains de banlieue. 

Les matériaux, les procédés de fabrication, la taille, le type de tâches, la capacité de charge et les bagues (aussi appelés bushings) ou les roulements de roue (aussi appelés bearings) attachés à des utilisations à haute vitesse sont tous assez différents de ceux qu’on voit pour des utilisations à basse vitesse. Un train qui se déplace rapidement, par exemple, doit composer avec des ralentissements, des virages, la distribution de sa charge et le transfert efficace du pouvoir aux roues.

Les roues industrielles de Reliance Foundry sont conçues pour une utilisation optimale à une vitesse de moins de 5 km/h.

Différents alliages sont utilisés selon le type de roues industrielles à haute vitesse ou à basse vitesse. 

Pour des raisons de sécurité, tout ce qui bouge a tendance à se référer aux standards de la roue de train à haute vitesse, et ce, même si la vitesse est grandement réduite. L’ASTM A551 spécifie les alliages d’acier au carbone servant à ces fins. Les alliages de carbone doivent subir un traitement thermique pour pouvoir résister aux grandes vitesses et au grand nombre de tours par minute, aux charges pesantes et aux ralentissements violents. En Grande-Bretagne, on utilise souvent les spécifications des aciers au carbone AISI 1060 ou 1070. 

Pour une utilisation à basse vitesse, les besoins en termes de composition et de traitement thermique ne sont pas les mêmes. Les roues industrielles en acier moulé au carbone qui roulent à basse vitesse doivent généralement être robustes et conçues pour gérer la charge de travail qu’elles recevront, mais elles n’ont pas besoin du même niveau de tolérance à la friction de rotation et au ralentissement. Nous utilisons généralement la spécification ASTM A915 (acier de grade SC1040) pour notre acier moulé et la spécification ASTM A29 (acier de grade 1045) pour les pièces forgées ou usinées. 

Lisez davantage sur les matériaux de roue : Roues industrielles : En acier vs en fer

Les roues à boudin unilatéral ont une jante qui fait en sorte qu’un seul côté de la roue touche à la voie. Les roues à double boudin, quant à elles, ont des jantes des deux côtés.

Les roues à boudin unilatéral restent sur des voies à l’espacement précis grâce à leur essieu, lequel maintient les boudins à une distance appropriée. Les roues à boudin unilatéral sont très souvent utilisées pour les trains et les voies à haute vitesse parce que ce type de boudin permet l’utilisation d’aiguillages et de cœurs traditionnels (c’est-à-dire les dispositifs qui permettent au train de passer d’une voie à une autre). D’un autre côté, les roues à double boudin sont parfaites pour les déplacements à l’intérieur d’une même voie. Les roues à double boudin sont d’ailleurs un peu plus sécuritaires. En effet, si un débris se trouve sur la voie ou si le positionnement est moins précis, une roue à double boudin saura mieux prévenir les déraillements.

Lisez davantage sur les boudins : Roues à boudin unilatéral vs Roues à double boudin

Les roues industrielles viennent avec une capacité de charge sécuritaire, calculée à partir de son type de matériau, de sa taille et de sa structure. Cette charge est calculée pour des utilisations dynamiques et mobiles. 

Pour déterminer la charge sécuritaire par roue, le poids du chariot et celui de la cargaison qu’il porte doivent être additionnés, puis multipliés par un facteur de sécurité, lequel est souvent de 25 %. Par exemple :

Capacité de charge totale = (Poids du chariot + Poids du chargement) x 1.25

Consultez un ingénieur afin de vous assurez qu’il s’agit bien du facteur de sécurité approprié pour votre utilisation. 

Chaque roue doit avoir une capacité de charge sécuritaire égale ou supérieure à la capacité de charge divisée par le nombre de roues sur le chariot.

Capacité de charge sécuritaire par roue = Capacité de charge totale / Nombre de roues.

Lisez davantage sur la capacité de charge sécuritaire : Comment déterminer la capacité de charge sécuritaire pour une roue

Peu importe l’utilisation, il faut trouver l’équilibre entre l’emploi et le coût. Les roues plus grandes font moins de tours par minute, ce qui signifie que qu’une plus grande distance est parcourue par rotation. Bref, en tant que machine simple, une roue plus grande offre un avantage mécanique. D’un autre côté, une roue plus grande a besoin de plus de couple, et donc d’un moteur plus puissant. 

Par conséquent, la plupart des chariots industriels emploient la roue la plus petite possible. L’utilisation de roues plus grandes peut être importante si le châssis du chariot doit être surélevé pour passer par-dessus des débris ou des objets sur la voie.

Lisez davantage sur la physique des roues : La roue : Une machine simple complexe

Les roues industrielles présentent une variété de profils de bandes de roulement. 

La surface de travail de la roue participe activement à la maintenir sur la voie, à tourner efficacement et à réduire la friction. Sur des rails courbés, une inclinaison de la surface de la roue permet au train de tourner dans les virages. Dans de telles circonstances, un essieu rigide maintient une distance constante entre les deux roues ainsi qu’un nombre de tours par minute identique, mais l’inclinaison fait en sorte que l’une des roues doit couvrir plus de distance que l’autre, ce qui permet au train de se déplacer sur une voie courbée.

La plupart des roues industrielles à double boudin ne supportent pas d’importantes courbes dans les rails. Elles n’ont habituellement pas de profil conique qui permette l’inclinaison décrite ci-haut, mais plutôt un profil plat ou un profil en V, selon l’utilisation souhaitée. Dans le cas d’une roue à double boudin, il est important de trouver une taille de bande de roulement qui soit compatible avec la taille du rail. Le double boudin devrait être en mesure de supporter de petites irrégularités sur le rail et des débris sur la voie.

L’alésage central est le trou au centre de la roue où l’essieu sera positionné. 

Le diamètre intérieur de l’alésage est l’endroit où entre l’essieu. Consultez votre ingénieur afin de savoir quelle est la bonne taille d’alésage pour votre essieu; la tolérance importe et peut varier en fonction de l’utilisation. Ce qui est approprié dans un four chaud ne l’est pas toujours dans un congélateur.

Les bagues sont des pièces bien ajustées à l’intérieur de l’alésage d’une roue qui diminuent la friction dans le système de roue et d’essieu. Puisque les bagues peuvent être remplacées, elles aident à prévenir l’usure de la roue et peuvent parfois allonger la durée de vie de la roue. D’autres fois, leur présence s’explique simplement par leur effet mécanique. 

Les bagues ne fonctionnent pas de la même façon que les roulements de roue, autre composant communément utilisé pour un alésage de roue. En effet, une bague travaille de pair avec l’essieu, glissant sur la surface, tandis qu’un roulement de roue utilise de petits cylindres rotatifs ou de petites sphères rotatives afin de diminuer la friction.

Quand on choisit une bague, le diamètre intérieur (ID), le diamètre extérieur (OD) et la tolérance sont des détails techniques importants. Le diamètre extérieur de la bague doit s’adapter précisément au diamètre de l’alésage de la roue. Le diamètre intérieur décrit quant à lui de diamètre du trou au centre de la bague. Finalement, la tolérance présente le niveau de précision nécessaire pour ces mesures selon les besoin de l’utilisation. Les besoins des systèmes mécaniques peuvent tous varier grandement en fonction de l’environnement et de la charge. Par conséquent, ces requêtes doivent être précises lors de la commande. 

Les bagues peuvent être installées avant l’expédition ou encore être expédiées séparément afin d’être installées par les ingénieurs sur place. 

Lisez davantage sur les bagues : Avez-vous besoin de roulements de roue ou de bagues pour votre roue?

Plusieurs types de bagues sont disponibles sur le marché. En ce qui concerne les roues industrielles, les bagues en bronze (fritté ou coulé) et les bagues en nylon sont les plus répandues. 

Les bagues en nylon sont peu dispendieuses, présentent une friction moins élevée et supportent bien le mouvement de glissement des charges. Elles peuvent contenir du lubrifiant dans le matériau lui-même. (C’est le cas, par exemple, des bagues Nyloil.) Les bagues en bronze, et particulièrement celles en bronze coulé, servent à des utilisations implicant des charges très élevées. Le bronze fritté, souvent imprégné d’huile, joue sur les deux tableaux à la fois.

Certaines bagues sont utilisées sans lubrifiant. Les bagues en bronze sont souvent choisies vu la capacité du bronze à résister au grippage, c’est-à-dire la tendance de métaux glissant les uns contre les autres à s’abraser l’un l’autre, ce qui cause une accumulation de matériaux entre eux. 

Certaines bagues (comme les bagues Nyloil et celles en bronze fritté) ont un lubrifiant intégré. Ainsi, de l’huile est libérée tandis que les bagues s’usent. 

Pour d’autres utilisations, l’huile est nécessaire afin d’assurer un bon déroulement. Dans ces situations, on a besoin d’une roue qui contient un « graisseur » (aussi appelé zerk). Il s’agit d’un petit trou dans l’alésage qui permet l’alimentation en huile. Certains bagues viennent avec un graisseur et un canal de graisse, mais ce type de roue est souvent utilisé sans bague.