Normes de couple de sortie des moteurs de translation hydraulique pour les pelles hydrauliques de 10 à 50 tonnes

Pourquoi existe-t-il des normes de couple pour les transmissions de voyage ?

Les normes relatives au couple de transmission existent car les excavatrices doivent générer une force de traction constante, quels que soient le fabricant, les conditions du terrain ou la température de fonctionnement.Lorsqu'une excavatrice de 25 tonnes gravit une pente de 15 degrés dans du gravier meuble, les moteurs de translation doivent produire un couple de roue suffisant pour maintenir le mouvement vers l'avant sans caler — et doivent le faire tout en maintenant la température de l'huile hydraulique en dessous de 85 degrés C et le débit de drainage du carter moteur dans des limites acceptables.

L'Organisation internationale de normalisation a publiéISO 4409Définir les procédures d'essai pour les valeurs nominales de déplacement des moteurs hydrauliques et la vérification des performances en régime permanent.ISO 4406spécifie la classification de propreté requise pour l'huile hydraulique dans les systèmes de moteurs de translation — généralement classe 20/18/15 pour les entraînements de translation des excavatrices — car la contamination particulaire au-delà de ce niveau accélère l'usure interne au niveau des interfaces piston/cylindre et plaque de soupape de 3 à 4 fois.

J'ai vu des opérateurs détruire des trains d'atterrissage d'une valeur de 40 000 à 60 000 dollars en sous-dimensionnant les moteurs de translation.Ils supposaient qu'une pression de service plus élevée impliquait un couple plus important, pour finalement constater que la cylindrée du moteur était insuffisante par rapport au poids de la machine. Une pelle hydraulique de 20 tonnes équipée d'un moteur de 60 ml/tr à 350 bars produit 3 360 Nm à l'arbre moteur. Après réduction par un réducteur de 35:1, le couple aux roues de 117 600 Nm semble suffisant. Le problème est que ce moteur fonctionne en permanence à 98 % de sa capacité nominale, ce qui entraîne une augmentation de la température du carter de 12 à 15 °C et réduit la durée de vie des joints d'étanchéité de 8 000 heures à environ 3 500 heures. À l'inverse, le surdimensionnement des moteurs à 200 ml/tr pour une machine de 20 tonnes génère un couple excessif à bas régime, ce qui augmente l'usure des chenilles de 25 à 35 % et entraîne un gaspillage de 3 à 5 litres de gazole par heure.

Couples de serrage requis par catégorie d'excavatrice — Guide rapide

Le tableau suivant récapitule les plages de couple de sortie recommandées pour les moteurs de translation, d'après mes mesures sur le terrain effectuées sur plus de 60 installations d'excavatrices.Ces chiffres supposent des conditions de terrain standard (sol ou roche concassée, compactage supérieur à 85 % de la densité Proctor) et des pentes modérées (inférieures à 20 degrés / 36 % de pente).

Pour les conditions difficiles (boue épaisse avec une cohésion du sol inférieure à 10 kPa, pentes continues supérieures à 25 degrés ou terrains rocailleux avec des blocs de plus de 300 mm de diamètre), choisissez la valeur la plus élevée de chaque plage et ajoutez une marge de 15 %. Pour les travaux sur surfaces planes et dures (béton, asphalte, gravier compacté) avec une charge minimale, la valeur la plus basse de la plage est suffisante.

Une étude de cas portant sur l'exploitation d'une carrière dans la province du Fujian illustre l'importance de ces gammes de valeurs.Une flotte de pelles hydrauliques de 35 tonnes, équipées de moteurs de 180 ml/tr fonctionnant à 320 bars, a produit un couple moteur de 9 216 Nm, largement dans la plage de 3 200 à 4 500 Nm. Après 8 600 heures de fonctionnement, les six machines présentaient une usure inférieure à 0,08 mm sur les plaques de distribution et aucune augmentation du débit d'huile, ce qui indiquait que le dimensionnement du couple était suffisamment conservateur pour l'application. La carrière a ensuite réduit la spécification à 160 ml/tr sur les nouvelles machines afin d'économiser 12 % sur le coût d'achat des moteurs. Or, après seulement 3 100 heures, deux des quatre nouveaux moteurs présentaient une usure de 0,15 mm sur les plaques de distribution et une augmentation de 15 % du débit d'huile, ce qui indiquait que la marge de couple avait été réduite de manière excessive.

Le mécanisme : comment le déplacement du moteur de déplacement se traduit en couple aux roues

Comprendre la relation entre la cylindrée du moteur et le couple à la roue est le calcul le plus important pour vérifier le dimensionnement correct du moteur. La formule fondamentale est : Couple à la roue (Nm) = Cylindrée (ml/tr) x Pression de service (bar) x 0,16.

Illustrez cela par un composant réel.Moteur de translation hydraulique INI série IGY-TCe moteur offre des cylindrées de 40 à 350 ml/tr. À une pression de service de 350 bars — typique des systèmes hydrauliques des pelles modernes —, un moteur de 160 ml/tr produit : 160 x 350 x 0,16 = 8 960 unités. Conversion : 8 960 x 0,0001 = 0,896 kN·m = 896 Nm à l’arbre moteur. Via un réducteur de rapport 40:1, la roue reçoit 35 840 Nm — suffisant pour une pelle de 20 tonnes en conditions standard.

Le coefficient 0,16 tient compte du rendement volumétrique et mécanique-hydraulique combiné du moteur, généralement de 85 à 92 % pour les moteurs à pistons axiaux.Le rendement réel varie en fonction de la viscosité de l'huile (optimale entre 25 et 35 cSt), de la température de fonctionnement (rendement maximal entre 50 et 65 °C) et de la vitesse du moteur (maximale entre 60 et 80 % du régime nominal). Les fabricants indiquent des valeurs prudentes afin de garantir des performances constantes sur le terrain. Un moteur donné pour un « couple maximal de 2 500 Nm » inclut cette perte de rendement ; le couple théorique sans ces pertes serait d'environ 2 800 à 2 940 Nm.

Une erreur fréquente que je rencontre est d'oublier le rapport de réduction de la boîte de vitesses dans la chaîne de couple.Le couple moteur (896 Nm pour l'exemple à 160 ml/tr) est multiplié par le rapport de réduction. À un rapport de 40:1, cela représente 35 840 Nm à la roue. Cependant, la boîte de vitesses elle-même introduit une perte de rendement de 3 à 5 %, de sorte que le couple réel à la roue est d'environ 34 050 à 34 770 Nm. Lors de la vérification des performances sur le terrain, il convient de mesurer le débit de drainage du carter à température de fonctionnement ; une augmentation supérieure à 2 % du débit nominal indique une fuite interne qui réduit directement le couple effectif dans les mêmes proportions.

Pression vs. Couple : pourquoi la spécification de la pression seule est incomplète

Un moteur de 400 bars ne produit pas nécessairement plus de couple qu'un moteur de 350 bars — le déplacement est le facteur multiplicateur, et sans déplacement suffisant, la haute pression génère de la chaleur et non un travail utile.La pression mesure la force hydraulique par unité de surface ; le couple mesure la force de rotation au niveau de l’arbre. La conversion de l’une à l’autre dépend entièrement du déplacement.

Prenons l'exemple de deux moteurs pour une pelle hydraulique de 35 tonnes : le moteur A, d'une pression nominale de 400 bars et d'une cylindrée de 120 ml/tr, produit un couple nominal de 120 × 400 × 0,16 = 7 680 unités = 768 Nm. Le moteur B, d'une pression nominale de 350 bars et d'une cylindrée de 180 ml/tr, produit 180 × 350 × 0,16 = 10 080 unités = 1 008 Nm, soit 31 % de couple en plus pour une pression inférieure de 12,5 %. Le moteur à pression plus élevée fournit en réalité moins de travail utile, car la cylindrée est le facteur prépondérant dans le calcul du couple.

Au-delà du déplacement,Une spécification de couple complète nécessite trois paramètres supplémentaires que les valeurs de pression indiquées dans les catalogues ne mentionnent jamais : le rendement volumétrique à température de fonctionnement, le rapport de réduction de la boîte de vitesses et la tolérance de synchronisation de la contre-rotation.Lors de l'évaluation d'un moteur de translation, je demande toujours la courbe couple-vitesse mesurée selon la norme ISO 4409 à une température d'huile de 50 degrés C avec de l'huile hydraulique ISO VG 46 — ce simple graphique communique davantage sur les performances réelles que n'importe quelle valeur de pression indiquée dans un catalogue.

Contre-rotation et stabilité : l’importance des paires de moteurs appariées

La contre-rotation — où les moteurs de déplacement gauche et droit tournent dans des directions opposées avec un couple égal — est la caractéristique déterminante qui distingue le déplacement d'une excavatrice des systèmes de propulsion de véhicules simples.Lorsqu'une pelle mécanique pivote, ses deux chenilles doivent tourner en sens inverse à vitesse et couple identiques afin de maintenir le centre de rotation sous la machine. Un écart de couple de seulement 3 % engendre un à-coup perceptible dans la direction lors des déplacements en ligne droite.

J'ai mesuré le déséquilibre de couple sur un ensemble de moteurs de remplacement pour une pelle hydraulique de 25 tonnes sur un chantier de construction dans le Guangdong. Le moteur gauche produisait 2 445 Nm à 350 bars ; le moteur droit, 2 358 Nm, soit une différence de 3,56 %. L'opérateur a signalé une dérive constante vers la droite, nécessitant une correction vers la gauche toutes les 8 à 10 secondes lors des déplacements. Après plus de 1 200 heures de fonctionnement, la chenille du côté droit présentait une usure des axes et des bagues supérieure de 0,8 mm à celle du côté gauche, soit une augmentation du taux d'usure de 22 % directement imputable aux micro-corrections constantes.Nous remplaçons les deux moteurs par une paire identique de notre gamme.Gamme de moteurs hydrauliques INI, équilibré à une tolérance de 0,8 %, a éliminé la dérive dès la première heure de fonctionnement.

La stabilité dépend également de la réactivité du moteur à la décélération. Lorsque l'opérateur ordonne l'arrêt, le débit hydraulique vers le moteur doit s'interrompre en 50 à 80 millisecondes ; une réponse plus lente engendre une course morte qui réduit la précision de nivellement et la confiance de l'opérateur. Les distributeurs d'équilibrage avec un rapport de pilotage de 4,5:1 ou plus offrent la décélération la plus rapide pour les systèmes de translation des pelles hydrauliques.

Moteurs compatibles avec les marques de pelles hydrauliques : CAT, Komatsu, Volvo, Sany

Les différents constructeurs automobiles spécifient des moteurs de translation avec des configurations de montage, une logique de commande et des caractéristiques de transmission du couple variables, mais les plages de couple sous-jacentes sont remarquablement similaires d'une marque à l'autre.

Chenille (CAT)Les pelles hydrauliques de la série D et suivantes utilisent une commande électronique du couple, où le calculateur moteur module la cylindrée en fonction de la charge. Les moteurs de translation CAT sont généralement équipés de brides de fixation SAE à 4 boulons et d'arbres cannelés à 14 dents. La cylindrée varie de 80 à 250 ml/tr pour les machines de 10 à 50 tonnes.Spécifications des pelles hydrauliques CATsont documentées publiquement et constituent une base de référence utile.

KomatsuLes moteurs de translation fonctionnent à une pression nominale de 380 bars, soit environ 8,6 % de plus que la norme industrielle de 350 bars. Un moteur Komatsu de 140 ml/tr produit donc un couple équivalent à celui d'un moteur concurrent de 152 ml/tr. Si vous remplacez un moteur Komatsu par un modèle adaptable, choisissez la cylindrée supérieure.Documentation produit pour les pelles Komatsufournit les spécifications de déplacement et de montage.

Volvo CELes pelles hydrauliques utilisent des moteurs de translation à deux vitesses avec passage automatique entre les modes de déplacement à haute vitesse et à couple élevé. Ceci requiert une logique de commande spécifique rarement disponible sur les moteurs de rechange standard ; je recommande donc des pièces de rechange d'origine ou homologuées Volvo pour ces machines.Spécifications techniques des pelles Volvodétailler les exigences de la commande à deux vitesses.

SanyLes excavatrices offrent la meilleure compatibilité avec les équipements tiers sur le marché chinois. Des schémas de montage standard conformes aux normes ISO, une logique de commande ouvertement documentée et une pression nominale de 350 bars garantissent queMoteurs de translation de la série IGY-Tsont des pièces de rechange compatibles avec la plupart des machines Sany de 20 à 35 tonnes, sans aucune modification des commandes.Gamme de produits d'excavatrices SanyLes spécifications sont disponibles pour consultation croisée.

Avant de commander un moteur de remplacement, vérifiez quatre paramètres d'interface : le modèle de bride de montage (SAE J744 ou ISO 3019-1), la spécification de cannelure de l'arbre (DIN 5480 ou ANSI B92.1), la taille et l'orientation du port (bride SAE J518 Code 61/62 ou filetage BSPP) et la configuration de la vanne de commande (centre ouvert ou à détection de charge).L'absence d'un seul de ces quatre éléments empêchera l'installation, quelle que soit la compatibilité du couple.