Le treuil électrique approprié pour la pose continue de câbles est défini par son capacité de traction de la première couche à 1,5 fois la tension maximale du câble et un Cycle de service S3 d'au moins 40 % . Un moteur de 3,7 kW entraînant un réducteur planétaire via un frein électromagnétique de sécurité enroulera 500 mètres de câble armé de 35 mm de diamètre à une vitesse constante de 8 mètres par minute sans surchauffer les enroulements, à condition que le diamètre du noyau du tambour soit au moins 20 fois supérieur au diamètre du câble.
Traction de première couche et en quoi elle diffère des treuils de levage
Un treuil à câble électrique est évalué par la traction sur la première couche de corde sur le tambour, et non par la charge suspendue. La pose de câbles implique une traînée horizontale élevée, en particulier lors du tirage de câbles sous-marins blindés sur des rouleaux. Un treuil avec une traction de première couche de 5 000 kg sur âme de 300 mm peut supporter une tension de câble de 3 300 kg après l'enroulement de la quatrième couche, en raison de l'augmentation du diamètre effectif du tambour réduisant l'avantage mécanique.
Contrairement à un treuil de levage qui détecte la charge maximale uniquement au décollage, un treuil à câble doit maintenir la force de traction pendant des heures. Cela nécessite un moteur avec un facteur de service de 1.25 . Un moteur évalué à 7,5 kW avec un SF de 1,25 peut fournir 9,4 kW en continu, couvrant la réserve thermique nécessaire lorsque le câble s'accroche momentanément au fond marin.
Protection du diamètre du noyau du tambour et du rayon de courbure du câble
Le noyau du tambour est le principal facteur qui évite d’endommager le câble. Le rayon de courbure minimum d'un câble d'alimentation ou de commande est généralement 10 à 15 fois son diamètre extérieur . Un tambour de treuil doit donc avoir un diamètre de noyau non inférieur à 20 fois le diamètre du câble pour un bobinage dynamique sous tension. Pour un câble de 40 mm, l'âme doit être d'au moins 800 mm.
L’utilisation d’un noyau plus petit entraîne un écrasement de la couche interne. Dans un cas documenté impliquant un câble d'alimentation traînant pour un gerbeur-récupérateur, un tambour de 600 mm a rompu à plusieurs reprises un câble de 38 mm à l'intérieur. 1 200 cycles de bobinage . La mise à niveau vers un noyau de 900 mm a éliminé entièrement la défaillance par écrasement au cours d'une période ultérieure. 4 500 cycles .
Cycle de service du moteur et prévention des surcharges thermiques
Les moteurs de treuil à câble fonctionnent selon la classification de service périodique intermittent S3. Une étiquette typique indique S3-40%, 10 minutes , ce qui signifie que le moteur peut fonctionner à pleine charge pendant 4 minutes au cours d'un cycle de 10 minutes sans dépasser la limite d'échauffement de sa classe d'isolation. Sélection d'un moteur avec un Cycle de service de 60 % pour un treuil utilisé dans le creusement répétitif de câbles, empêche le déclenchement intempestif du relais de surcharge thermique.
Le tableau ci-dessous fait correspondre la puissance du moteur à la force de traction et à la vitesse de ligne pour les opérations courantes d'enroulement de câble, en supposant une valeur nominale S3-40 % et un facteur de service de 1,0 pour la boîte de vitesses.
| Puissance du moteur (kW) | Traction de première couche (kg) | Vitesse de ligne à pleine charge (m/min) | Plage typique de diamètre extérieur du câble (mm) |
|---|---|---|---|
| 1.5 | 500 | 6 | 10 à 15 |
| 3.7 | 1 500 | 8 | 18 à 28 |
| 7.5 | 3 200 | 10 | 30 à 42 |
| 15.0 | 6 500 | 12 | 45 à 65 ans |
Systèmes de freinage et exigences de maintien statique
Un electrical cable winch must hold the full reel of cable stationary when power is removed, even on an incline. The standard is a Frein CC à ressort et desserrage électrique monté directement sur la cloche du moteur. Le couple de maintien statique doit être d'au moins 1,5 fois le couple maximum du tambour généré par la couche supérieure du câble à pleine traction.
Un frein à bande sur la bride du tambour sert de système secondaire de secours. Lors d'un test de réception d'un treuil de traction de 10 tonnes, le frein à courant continu a tenu seul 105 % de la charge nominale pendant 30 minutes sans rotation du tambour. Lorsque le frein à bande a été appliqué après une panne de courant simulée, le système de freinage combiné maintenait une charge statique de 15 tonnes avant que l'ancre du câble ne glisse.
Engrenage d'enroulement et mécanismes de vent de niveau
L'enroulement aléatoire provoque un chevauchement du câble qui coupe la gaine lors du déroulement sous tension. Un mécanisme d'enroulement horizontal entraîné qui traverse le tambour à une vitesse synchronisée est essentiel pour les câbles plats ou lors de l'enroulement sur un tambour lisse. Le pas du vent horizontal doit correspondre au diamètre du câble plus un jeu de 1 mm à 2 mm pour éviter les pincements.
Pour un câble rond de 32 mm, un enroulement horizontal avec un pas de vis mère de 33mm et un écrou bidirectionnel élimine les espaces. Les données de terrain provenant d'une barge de pose de câbles ont montré qu'un vent de niveau synchronisé réduisait le phénomène de saut de paiement de 3 occurrences par kilomètre à zéro, évitant ainsi les pics de tension brusques qui endommageaient auparavant la résistance d'isolation du câble.
Contrôle électrique et intégration de vitesse variable
Le démarrage direct en ligne d'un grand moteur de treuil envoie un choc mécanique à travers le train d'engrenages. Un variateur de fréquence permet une rampe de démarrage progressif de 3 secondes et une rampe d'arrêt de 2 secondes , réduisant le courant d'appel de pointe de 6 fois le courant de pleine charge à 1,5 fois . Cela protège le câble d'une secousse soudaine qui pourrait séparer le conducteur de l'isolation.
Le boîtier de commande doit comprendre un bouton d'arrêt d'urgence avec un contacteur à coupure directe. Lorsque l'e-stop est enfoncé, le frein s'enclenche et le VFD lance un cycle de freinage par injection de courant continu qui arrête le tambour en moins de temps. 0,5 seconde . Un capteur de vitesse nulle sur le tambour confirme l'arrêt avant que le frein ne relâche son couple de maintien.
Détection de charge et coupure de tension
Tirer sur un câble avec une tension excessive allonge de façon permanente les conducteurs en cuivre, augmentant ainsi la résistance et les points chauds. Un axe de charge installé sur l'axe de la poulie mesure la tension en temps réel et déclenche une coupure lorsque la force dépasse la limite prédéfinie. Pour un câble typique à 3 conducteurs de 35 mm, la tension de traction maximale ne doit pas dépasser 3 000 kg , ce qui correspond à une déformation du conducteur de 0,2% .
Une cellule de pesée connectée à un automate enregistrera également un journal de tension sur toute l'opération de bobinage. Ces données sont utilisées pour vérifier que le câble n'a pas été soumis à des contraintes excessives lors de l'installation, une exigence de plus en plus spécifiée dans les conditions de garantie pour les câbles électriques sous-marins avec une durée de vie nominale de 25 ans .
Points d'inspection quotidiens avant démarrage
Un contrôle visuel et fonctionnel de 10 minutes avant chaque quart de travail détecte les pannes entraînant des faux-ronds de câbles. La liste de contrôle ci-dessous couvre les composants à haut risque.
- Vérifiez que l'entrefer des freins est réglé sur 0,3 mm . Un entrefer supérieur à 0,6 mm réduit la force de serrage du ressort et peut provoquer le glissement du tambour sous charge.
- Vérifiez le niveau d'huile dans le réducteur planétaire. Une goutte de 15 mm sous le voyant indique une fuite de joint qui entraînera des rayures sur les engrenages en un seul changement de vitesse.
- Inspectez le point d’entrée du câble sur la bride du tambour pour déceler des bords tranchants. Une bavure aussi petite que 0,5 mm peut trancher la gaine extérieure du câble lors du paiement.
- Testez l'arrêt d'urgence et respectez la distance d'arrêt du tambour. Toute augmentation au-delà 200 mm de course de câble linéaire nécessite le remplacement des plaquettes de frein.
- Confirmez que les chaînes à vent plat ou la vis mère ne présentent aucun jeu visible. Une chaîne usée avec un affaissement de 10 millimètres introduit un décalage de phase qui provoque un enroulement croisé.
