Rupture des couronnes d'orientation : pourquoi se produit-elle et comment l'éviter

La couronne d'orientation est un grand roulement composé de quatre éléments principaux :

• Bague dentée externe

• Bague interne

• Éléments de roulement (à billes disposées à une ou deux rangées, ou à galets)

• Intercalaires

Les deux bagues présentent une rainure, appelée chemin, dont la taille et la géométrie permettent le logement des éléments roulants et de leurs intercalaires. Sur les excavateurs, la bague dentée de la couronne d'orientation est montée sur le châssis inférieur par des raccords filetés. La bague interne sans dents est reliée au châssis de la cabine. La couronne d'orientation permet de faire pivoter les deux châssis l'un par rapport à l'autre, tandis que la commande du mouvement de rotation est assurée par le réducteur de vitesse associé. Ce dernier est monté à bord du châssis de la cabine, et est équipé d'un pignon de transmission qui s'aligne sur la denture de la couronne d'orientation pour remplir sa fonction.

Principales raisons de la rupture et du remplacement des couronnes d'orientation

La situation la plus fréquente qui conduit au remplacement de la couronne d'orientation est la rupture d'une ou plusieurs dents de la couronne externe. Cela rend son utilisation impossible, car le nombre de dents cassées a tendance à augmenter rapidement. Les principales causes sont la dégradation ou la défaillance du système de freinage du réducteur de rotation. Si ce système n'est pas efficace, lors des changements de direction de la cabine, l'inversion du couple agit sur les dents avec un mouvement de flexion supérieur à celui pour lequel elles sont conçues. La rupture est plus susceptible de se produire dans des conditions de charge du godet et de vitesse de rotation élevée.

Un autre problème qui peut se produire est le grippage de la couronne d'orientation. Malgré les charges élevées auxquelles elles sont soumises, les couronnes d'orientation ont un rapport section transversale/diamètre plutôt faible, ce qui les rend déformables si elles ne sont pas correctement soutenues. Il est donc important que la structure d'assemblage soit suffisamment rigide, que les surfaces d'appui soient suffisamment planes et que le système de fixation empêche toute déformation due à des contraintes élevées. Sinon, outre le risque de grippage des roulements, il existe un risque d'usure permanente des chemins de roulement.

Comment éviter la rupture des couronnes d'orientation

Afin d'augmenter la durée de vie des couronnes d'orientation, il existe de bonnes pratiques à suivre, à commencer par l'utilisation des matériaux lors de la fabrication. En même temps, un montage correct sur l'excavateur et un entretien régulier sont des moyens importants de prévenir une usure prématurée.

Matériaux et traitement thermique

Le choix des matériaux et du traitement thermique est un aspect essentiel pour obtenir des couronnes d'orientation solides et durables, notamment en ce qui concerne la durée de vie des dents. Normalement, deux types d'acier sont utilisés à cette fin : 42CrMo4 trempé et revenu avec R=90-100 kgf/mm pour les bagues intérieures, et C45 trempé et revenu avec R=70-80 kgf/mm pour les bagues extérieures.

En outre, un traitement thermique superficiel doit être appliqué aux deux zones les plus sollicitées de la couronne : le chemin de roulement des éléments roulants et les dents de la bague intérieure. Grâce à un processus de durcissement par induction, la résistance de la dent à la flexion et aux piqûres sur sa surface de contact est augmentée. De même, les chemins de roulement sont également traités thermiquement pour contrer l'usure causée par le passage continu des éléments.

Transport et stockage

Pour éviter les chocs et les dommages, notamment dans le sens radial, la couronne d'orientation doit être emballée dans une caisse rigide et transportée en position horizontale. Pendant le stockage, la caisse et le roulement doivent être conservés dans un endroit fermé, à l'abri des agents atmosphériques qui peuvent provoquer la corrosion. Lors du déballage, il est important de veiller à ne pas endommager les joints en dégraissant le roulement avec un diluant commercial sans chlorure car cela est nuisible aux surfaces.

Installation de la couronne d'orientation

Le processus de remplacement de l'ancienne couronne d'orientation implique un certain nombre d'opérations préliminaires nécessaires à l'installation correcte du nouveau roulement. Pendant le démontage, il est important de :

• Enlever la saleté et tout débris de la surface d'appui du roulement. 

• Vérifier l'état d'entretien des structures sur lesquelles la couronne d'orientation sera fixée (indispensable au bon fonctionnement et à la durabilité de la couronne d'orientation). 

• Vérifier que les surfaces de raccord n'ont pas été endommagées pendant le fonctionnement de la machine ou le démontage (une planéité insuffisante peut entraîner le grippage de la couronne).
  
  

Une fois ces aspects vérifiés, vous pouvez positionner la couronne d'orientation sur le châssis inférieur de la machine. Afin d'obtenir une orientation efficace et appropriée, vous devez suivre les instructions qui y figurent. Chaque couronne d'orientation comporte une zone de début et de fin du durcissement, qui est la partie la plus fragile. Il est donc important que les points de raccord du durcissement restent aussi éloignés que possible de la zone où les charges maximales se produisent pendant le cycle de travail de la machine.

Avant de commencer le raccord entre la couronne d'orientation et le châssis, vérifiez que la visserie de fixation est conforme aux spécifications du manuel du fabricant. Il est également important de huiler les boulons au préalable et d'utiliser des rondelles plates et non élastiques. La phase suivante consiste à légèrement serrer les boulons de la première bague (celle externe selon l'ordre illustré dans la figure ci-dessous), pour éviter toute tension ou déformation sur la bague même. Une fois les boulons serrés, l'opération se termine en utilisant les couples de serrage spécifiés dans le manuel du fabricant, à l'aide d'une clé dynamométrique de capacité appropriée.

Excentricité de la couronne d'orientation et installation du pignon

Deuxièmement, il est essentiel de tenir compte de l'excentricité de la couronne d'orientation pour éviter le grippage de la chaîne cinématique ou l'usure prématurée des dents. En raison du faible rapport épaisseur/diamètre, les bagues des couronnes d'orientation ont tendance à se déformer pendant le traitement thermique. Bien que ce ne soit pas un problème de qualité de production, cela leur donne une forme légèrement elliptique plutôt que circulaire.

Lors de l'installation, vérifiez l'alignement vertical entre la couronne d'orientation et le pignon. Même si la machine possède un nombre supérieur de pignons, l'accouplement doit être effectué aux points d'excentricité maximale de la couronne d'orientation. Sur la couronne d'orientation, les points d'excentricité maximale sont indiqués par trois dents peintes en jaune. Cela permet d'étalonner le jeu entre les deux engrenages au point de distance maximale entre les deux composants. Pour ce faire, vous devez ajuster le jeu entre les côtés des dents de la couronne dentée et celles du pignon, en veillant à ce qu'il soit supérieur ou égal à [(0,05 * M)] mm, où M représente le module de la denture.

Après l'installation, il est conseillé de faire tourner le système de quelques tours pour vérifier que l'accouplement est correct et qu'il n'y a pas de bruit excessif dû à un engrenage incorrect. Une fois cela établi, avant de mettre en marche le système de rotation de la cabine, il est possible de procéder au graissage de la denture, en prenant soin de couvrir complètement les côtés de toutes les dents.

Enfin, il est recommandé de détecter et de noter le jeu dans la machine. La mesure est effectuée à l'aide d'un comparateur positionné comme sur la figure entre la bague interne et externe, le plus près possible du chemin de roulement pour réduire l'influence des déformations élastiques de la structure de liaison. Une fois le comparateur positionné et mis à zéro, vous devez amener la machine à la condition de charge maximale et mesurer la variation du jeu. La valeur maximale enregistrée aux différentes positions angulaires représente le jeu initial de la machine et sera la référence de comparaison pour les mesures ultérieures nécessaires au contrôle de l'état de la couronne d'orientation.

Entretien

Afin de prolonger la durée de vie de la couronne d'orientation et de la maintenir en bon état de fonctionnement, il convient de procéder à des contrôles périodiques de la lubrification, de la tension des boulons, de l'état des joints et du jeu de la machine.

La couronne d'orientation est fournie avec des chemins de roulement déjà graissés. Ils sont ensuite lubrifiés après les 50 premières heures de fonctionnement, puis périodiquement selon les conditions d'utilisation de la machine (sans dépasser les 100 heures d'utilisation). En outre, avant et après une longue période d'arrêt de la machine, la couronne d'orientation doit être à nouveau graissée. Le pompage de la graisse doit être effectué avec le roulement en rotation, et est considéré comme terminé lorsque la graisse sort du joint sous la forme d'un film mince.

Pendant la durée de vie de la couronne d'orientation, il est recommandé de procéder à des contrôles visuels de l'état des joints et de les remplacer s'ils sont détériorés ou fragiles. Selon les mêmes intervalles d'entretien, les bords des dents doivent être entièrement enduits de graisse, soit au pinceau, soit par pulvérisation.

Comme mentionné ci-dessus, la bonne pratique prévoit de mesurer le jeu dans la machine une fois par an pour détecter les problèmes ou l'usure anormale des chemins de roulement. L'incrément maximal autorisé dépend d'un certain nombre de facteurs. Il s'agit notamment du diamètre du roulement, du type et de la taille des éléments roulants (billes ou galets) et du type d'application (qui peut accepter des limites d'usure plus élevées si elles ne compromettent pas le fonctionnement). Dans tous les cas, lorsque l'incrément quadruple par rapport au jeu initial, il convient d'envisager le remplacement de la couronne d'orientation.

Découvrez la gamme des couronnes d'orientation ITR

Nos roulements sont compatibles avec les principales marques et modèles de pelles de 1 à 120 tonnes, tels que Caterpillar, Komatsu, Volvo, Hitachi, Doosan, Hyundai, JCB, Bobcat et John Deere. Pour plus d'informations, contactez l'auteur de l'article.