Convoyeurs, manutention et équipement de procédé

Introduction au chapitre

Ce chapitre couvre l'installation, l'alignement, le dépannage et l'entretien des systèmes de convoyage et d'équipement de procédé. Pour l'examen Sceau rouge, vous devez maîtriser les principes mécaniques, les calculs de puissance, les normes de sécurité applicables et les procédures d'alignement. Ce chapitre est structuré pour refléter les blocs de compétences G (Convoyeurs et équipement de procédé) et H (Systèmes de transfert de matériaux) du profil de qualification.

1. Classification des convoyeurs

1.1 Convoyeurs à courroie

Le convoyeur à courroie est le plus répandu dans les industries minière, forestière et agroalimentaire. Il se compose d'une courroie sans fin montée sur des poulies motrice et de renvoi, supportée par des rouleaux porteurs.

Composants critiques :

Poulie motrice : transmet la puissance par adhérence (friction) entre la courroie et le revêtement de la poulie.

Poulie de renvoi : assure la tension de retour et guide la courroie.

Rouleaux porteurs : supportent la charge sur le brin supérieur (généralement en auge à 20°, 35° ou 45°).

Rouleaux de retour : supportent le brin inférieur.

Dispositif de tension : à vis, à contrepoids ou à treuil.

Calcul de la vitesse de la courroie :

v = π × D × N / 60

Où :

v = vitesse linéaire (m/s)

D = diamètre de la poulie motrice (m)

N = vitesse de rotation (tr/min)

Exemple : Une poulie de 500 mm tournant à 120 tr/min donne :

v = π × 0,5 × 120 / 60 = 3,14 m/s

Tension de la courroie : La tension effective (Te) est la somme de :

La tension pour vaincre le frottement (Tf)

La tension pour soulever la charge (Tm)

La tension pour accélérer la charge (Ta)

Formule de puissance :

P = Te × v / η

Où :

P = puissance (W)

Te = tension effective (N)

v = vitesse (m/s)

η = rendement du réducteur (généralement 0,92 à 0,97)

1.2 Convoyeurs à chaîne

Les convoyeurs à chaîne sont utilisés pour les charges lourdes, les températures élevées ou les produits abrasifs. Types principaux :

Type	Application	Caractéristique
À raclettes	Cendres, boues	Chaîne noyée dans le produit
À palettes	Pièces chaudes	Palettes fixées sur chaîne
À godets	Élévateurs	Godets espacés pour débit continu
Redler	Produits granulaires	Chaîne dans un carter fermé

Calcul du débit d'un élévateur à godets :

Q = V × ρ × φ × (3600 / p)

Où :

Q = débit (t/h)

V = volume d'un godet (m³)

ρ = masse volumique du produit (t/m³)

φ = coefficient de remplissage (0,6 à 0,85)

p = pas des godets (m)

1.3 Convoyeurs à vis (vis d'Archimède)

La vis sans fin transporte des matériaux en vrac par rotation d'une hélice dans une auge. Le débit théorique est :

Q = 60 × π × (D² - d²) / 4 × p × N × φ × ρ

Où :

D = diamètre extérieur de la vis (m)

d = diamètre de l'arbre (m)

p = pas de la vis (m)

N = vitesse (tr/min)

φ = coefficient de remplissage (0,25 à 0,45)

ρ = masse volumique (kg/m³)

Règle pratique : La vitesse maximale d'une vis de 300 mm est d'environ 90 tr/min pour un produit abrasif, 165 tr/min pour un produit non abrasif.

1.4 Convoyeurs vibrants

Les convoyeurs vibrants utilisent des vibrations directionnelles pour déplacer le produit par micro-sauts. La fréquence typique est de 900 à 3600 cycles/min avec une amplitude de 1,5 à 10 mm. L'angle d'attaque est généralement de 20° à 30° par rapport à l'horizontale.

2. Composants et accessoires des convoyeurs

2.1 Rouleaux et roulements

Les rouleaux porteurs sont classés selon leur diamètre (89 mm à 219 mm) et leur capacité. Le choix dépend de la largeur de courroie et de la charge.

Critères de sélection :

Charge par rouleau = (masse de courroie + masse de produit) × espacement / nombre de rouleaux

La flèche admissible de l'arbre de rouleau ≤ 0,5 mm

Les roulements doivent être étanches (classe de protection IP65 ou supérieure en environnement poussiéreux)

2.2 Dispositifs de tension

Le tensionneur maintient la tension minimale requise pour éviter le glissement de la courroie sur la poulie motrice.

Type	Avantage	Inconvénient
À vis	Simple, économique	Tension variable avec la température
À contrepoids	Tension constante	Encombrant, nécessite un puits
À treuil	Contrôle précis	Coûteux, entretien spécialisé

Règle : La course de tension doit être d'au moins 2 % de la longueur du convoyeur pour les courroies à carcasse textile, 1 % pour les courroies à câbles d'acier.

2.3 Nettoyeurs de courroie

Les racleurs primaires (en tête) et secondaires (sous la poulie) éliminent le produit adhérent. Un mauvais nettoyage cause :

Accumulation sur les rouleaux de retour

Désalignement de la courroie

Usure prématurée de la courroie

2.4 Protecteurs et dispositifs de sécurité

Selon le Code canadien de l'électricité, Chapitre V et les normes CSA, tout convoyeur doit être équipé de :

Câble d'arrêt d'urgence (tirant sur toute la longueur)

Interrupteur de sécurité sur les trappes d'accès

Protecteur de galet aux points de pincement

Détecteur de vitesse (surveillance de glissement)

Détecteur de désalignement (surveillance de centrage)

3. Alignement des convoyeurs

3.1 Alignement des poulies

L'alignement correct des poulies est essentiel pour éviter le déport de courroie. La méthode au laser ou à la règle droite :

86.Vérifier le parallélisme des faces des poulies (tolérance : 0,5 mm/m)

87.Vérifier l'équerrage par rapport à l'axe longitudinal (tolérance : 0,5 mm/m)

88.Ajuster les paliers en conséquence

Méthode de la corde : Tendre une corde le long du brin supérieur de la courroie. La distance entre la corde et la poulie doit être égale des deux côtés.

3.2 Alignement de l'arbre du réducteur

L'alignement du réducteur sur la poulie motrice suit les mêmes principes que l'alignement d'accouplements (chapitre 5). Les tolérances typiques :

Type d'accouplement	Désalignement parallèle max	Désalignement angulaire max
Rigide	0,05 mm	0,05 mm/100 mm
Flexible (lames)	0,10 mm	0,10 mm/100 mm
Flexible (engrenages)	0,15 mm	0,15 mm/100 mm
Élastomère	0,20 mm	0,20 mm/100 mm

4. Équipement de procédé

4.1 Réducteurs de vitesse

Les réducteurs sont des ensembles d'engrenages ou de poulies qui réduisent la vitesse et augmentent le couple. Types :

Réducteurs à engrenages parallèles : rendement 97-98 % par étage

Réducteurs à engrenages coniques : pour changement de direction à 90°

Réducteurs à vis sans fin : rapport élevé (jusqu'à 100:1), rendement 50-90 %

Réducteurs planétaires : compacts, rendement 97-98 % par étage

Calcul du rapport de réduction :

i = N₁ / N₂ = Z₂ / Z₁

Où :

i = rapport de réduction

N₁ = vitesse d'entrée (tr/min)

N₂ = vitesse de sortie (tr/min)

Z₁ = nombre de dents de la roue menante

Z₂ = nombre de dents de la roue menée

Rendement total d'un réducteur multi-étages :

η_total = η₁ × η₂ × η₃ ...

4.2 Accouplements

Les accouplements transmettent le couple entre l'arbre moteur et l'arbre du réducteur ou de la poulie. Types courants :

Type	Compensation	Utilisation
Rigide à brides	Aucune	Arbres parfaitement alignés
À denture	Angulaire + parallèle	Forts couples
À lames	Angulaire + parallèle	Haute vitesse, précision
Élastomère (tire-bouchon)	Angulaire + parallèle + axiale	Applications générales
Hydraulique	Absorption des chocs	Démarrages fréquents

4.3 Freins et limiteurs de couple

Les freins sont requis sur les convoyeurs inclinés pour empêcher le retour de la charge à l'arrêt. Types :

Freins à mâchoires (actionnés par ressort, desserrés hydrauliquement)

Freins à disque (pour les applications à haute énergie)

Freins à contrepoids (pour les petits convoyeurs)

Les limiteurs de couple (à friction ou à bille) protègent l'équipement contre les surcharges. Le couple de déclenchement est réglé à 110-130 % du couple nominal.

5. Calculs de puissance et de capacité

5.1 Puissance d'un convoyeur à courroie

La puissance totale requise est :

P_total = (P_vide + P_charge + P_inclinaison + P_accessoires) / η

Où :

P_vide = puissance pour vaincre le frottement du brin vide

P_charge = puissance pour déplacer la charge horizontalement

P_inclinaison = puissance pour élever la charge (m × g × h / t)

P_accessoires = puissance pour les racleurs, dispositifs de guidage

Formule simplifiée (règle pratique) :

P (kW) = (Q × L × μ) / 367 + (Q × H) / 367

Où :

Q = débit (t/h)

L = longueur horizontale (m)

H = hauteur d'élévation (m)

μ = coefficient de frottement (0,02 à 0,04 pour roulements à billes)

5.2 Capacité d'un convoyeur à courroie

La capacité maximale en volume est :

Q_v = A × v × 3600

Où :

Q_v = débit volumétrique (m³/h)

A = aire de la section transversale du produit sur la courroie (m²)

v = vitesse (m/s)

L'aire A dépend de l'angle d'auget des rouleaux et de l'angle de talus du produit. Pour un angle d'auget de 35° et un angle de talus de 20° :

A ≈ 0,11 × B² (pour B en mètres, largeur de courroie)

5.3 Puissance d'un élévateur à godets

P = (Q × H) / (367 × η) + P_entraînement

Où :

Q = débit (t/h)

H = hauteur d'élévation (m)

η = rendement global (0,70 à 0,85)

6. Normes et codes applicables

6.1 Code canadien de l'électricité, Chapitre V

La règle 8-200 du Code canadien de l'électricité, Chapitre V, exige que les machines soient équipées d'un sectionneur visible et verrouillable. Les règles 8-202 à 8-210 couvrent les exigences de protection contre les surintensités et les défauts à la terre.

6.2 CSA B149.1 (Code canadien du gaz naturel et du propane)

Pour les équipements de procédé utilisant du gaz, la CSA B149.1 spécifie les exigences d'installation des brûleurs, des conduites et des dispositifs de sécurité. La règle 5.4 exige un dispositif de coupure accessible à moins de 3 m de l'équipement.

6.3 CSA Z432 (Protection des machines)

La CSA Z432 définit les exigences de protection des machines, y compris les convoyeurs. Elle spécifie les distances de sécurité pour les protecteurs fixes et les barrières immatérielles.

6.4 Autres normes pertinentes

CSA B20.1 : Convoyeurs (conception, construction, installation, entretien)

CSA C22.2 No. 0 : Exigences générales des équipements électriques

ISO 5048 : Calcul de puissance des convoyeurs à courroie

ANSI/CEMA 402 : Norme de conception des convoyeurs à courroie

7. Dépannage et entretien préventif

7.1 Problèmes courants des convoyeurs à courroie

Symptôme	Cause probable	Correctif
Déport de courroie	Poulies désalignées	Aligner les poulies
Rouleaux obstrués	Nettoyer ou remplacer
Charge excentrée	Centrer le chargement
Glissement	Tension insuffisante	Augmenter la tension
Revêtement de poulie usé	Remplacer le revêtement
Produit gras sur la poulie	Installer un racleur
Usure rapide de la courroie	Racleur trop agressif	Régler la pression du racleur
Rouleaux bloqués	Remplacer les roulements
Bruit anormal	Roulements défectueux	Remplacer les roulements
Courroie qui claque	Vérifier la tension et l'alignement

7.2 Problèmes courants des réducteurs

Symptôme	Cause probable	Correctif
Surchauffe	Niveau d'huile bas	Compléter l'huile
Viscosité inadéquate	Utiliser l'huile recommandée
Surcharge	Vérifier la charge
Bruit de grincement	Engrenages usés	Remplacer le réducteur
Roulements défectueux	Remplacer les roulements
Fuite d'huile	Joint d'étanchéité usé	Remplacer le joint
Pression interne excessive	Vérifier l'évent

7.3 Plan d'entretien préventif

Un plan d'entretien efficace comprend :

173.Inspection quotidienne : bruit, vibration, température, fuites

174.Inspection hebdomadaire : tension des courroies, niveau d'huile, état des racleurs

175.Inspection mensuelle : alignement des poulies, usure des rouleaux, état des protecteurs

176.Inspection trimestrielle : analyse d'huile, vérification des freins, test des dispositifs de sécurité

177.Inspection annuelle : alignement laser complet, remplacement des roulements, inspection de la structure

8. Sécurité et procédures de verrouillage

8.1 Procédure de cadenassage (LOTO)

Avant toute intervention sur un convoyeur ou un équipement de procédé :

182.Informer le personnel concerné de l'arrêt planifié

183.Arrêter l'équipement par la procédure normale

184.Isoler toutes les sources d'énergie (électrique, hydraulique, pneumatique, gravité)

185.Verrouiller les sectionneurs avec un cadenas personnel

186.Étiqueter avec la raison et la date du cadenassage

187.Tester l'absence d'énergie en tentant un démarrage

188.Décharger les accumulateurs d'énergie (ressorts, contrepoids, fluides sous pression)

8.2 Risques spécifiques aux convoyeurs

Points de pincement : entre courroie et poulies, entre chaîne et pignons

Points de cisaillement : entre la courroie et les rouleaux de guidage

Chutes de matériaux : depuis les points de transfert

Énergie résiduelle : contrepoids, courroies tendues, charges suspendues

Atmosphères explosives : poussières combustibles (suivre la norme CSA Z432 et les exigences de classification des emplacements)

9. Exam Tips

9.1 Questions types

Les questions d'examen portent souvent sur :

199.Calcul de vitesse de courroie ou de chaîne

200.Calcul de puissance pour un convoyeur donné

201.Identification des composants sur un schéma

202.Sélection du type de convoyeur pour une application donnée

203.Procédures de sécurité et de cadenassage

204.Diagnostic de pannes à partir de symptômes

205.Normes applicables (CSA B20.1, CSA Z432, Code canadien de l'électricité)

9.2 Stratégies de réponse

Lire attentivement l'énoncé : identifier les données fournies et les inconnues

Vérifier les unités : convertir en unités SI avant de calculer

Utiliser les formules avec les bons coefficients (η, φ, μ)

Arrondir les résultats à la fin du calcul, pas pendant

Vérifier la plausibilité : un convoyeur de 100 m transportant 500 t/h nécessite environ 50-100 kW

Pièges à éviter

214.Confondre vitesse linéaire et vitesse angulaire : la vitesse de courroie est en m/s, pas en tr/min. Utilisez v = π × D × N / 60.

215.Oublier le rendement : la puissance du moteur doit être supérieure à la puissance requise à la poulie. Divisez par η (0,85-0,95).

216.Négliger la tension minimale : une courroie qui glisse n'est pas toujours due à une charge excessive — vérifiez la tension.

217.Ignorer les dispositifs de sécurité : les questions sur les protecteurs, les câbles d'arrêt d'urgence et les interrupteurs de sécurité sont fréquentes.

218.Utiliser le mauvais coefficient de remplissage : φ dépend du produit (0,25 pour les produits abrasifs, 0,45 pour les produits fluides).

219.Confondre les normes : CSA B20.1 est pour les convoyeurs, CSA Z432 pour la protection des machines, CSA B149.1 pour le gaz.

220.Oublier l'énergie résiduelle : lors du cadenassage, les contrepoids et les ressorts peuvent libérer de l'énergie après l'arrêt.

221.Calculer la puissance sans tenir compte de l'inclinaison : la composante de levage est souvent la plus importante sur les convoyeurs inclinés.

222.Choisir un accouplement rigide pour une application où l'alignement est difficile — les accouplements flexibles sont plus tolérants.

223.Ne pas vérifier le sens de rotation avant de démarrer un nouveau convoyeur — les dommages peuvent être immédiats.

Résumé

Les convoyeurs à courroie sont les plus courants ; leur vitesse se calcule par v = π × D × N / 60.

La puissance totale d'un convoyeur comprend le frottement, la charge et l'inclinaison, divisée par le rendement.

Les convoyeurs à chaîne conviennent aux charges lourdes et aux températures élevées ; les élévateurs à godets utilisent Q = V × ρ × φ × (3600 / p).

Les vis sans fin ont des coefficients de remplissage de 0,25 à 0,45 selon le produit.

L'alignement des poulies est critique : tolérance de 0,5 mm/m pour le parallélisme.

Les réducteurs ont des rendements de 50 à 98 % selon le type ; le rapport est i = N₁ / N₂.

Les normes clés sont CSA B20.1 (convoyeurs), CSA Z432 (protection des machines), Code canadien de l'électricité Chapitre V (règle 8-200 pour les sectionneurs).

Le cadenassage (LOTO) est obligatoire avant toute intervention : informer, arrêter, isoler, verrouiller, étiqueter, tester, décharger.

Les pannes courantes incluent le déport de courroie (désalignement), le glissement (tension insuffisante) et la surchauffe des réducteurs (niveau d'huile).

L'entretien préventif suit un calendrier : quotidien (bruit, vibration), hebdomadaire (tension, huile), mensuel (alignement, protecteurs), annuel (remplacement des roulements).

Ce chapitre couvre l'essentiel pour l'examen Sceau rouge sur les convoyeurs et équipements de procédé. Maîtrisez les formules, les normes et les procédures de sécurité — ce sont les trois piliers des questions d'examen dans ce domaine.

Convoyeurs, manutention et équipement de procédé