Grue

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Contexte

Une grue est une machine capable de soulever et d'abaisser des objets lourds et de les déplacer horizontalement. Les grues se distinguent des treuils, qui peuvent soulever des objets mais qui ne peuvent pas les déplacer latéralement. Les grues se distinguent également des convoyeurs, qui soulèvent et déplacent des matériaux en vrac, tels que les céréales et le charbon, dans un processus continu. Le mot grue vient du fait que ces machines ont une forme similaire à celle du grand oiseau au long cou du même nom.

Les êtres humains ont utilisé une grande variété d'appareils pour soulever des objets lourds depuis l'Antiquité. L'une des premières versions de la grue à être développée était le shaduf, utilisé pour la première fois pour déplacer l'eau en Egypte il y a environ quatre mille ans. Le shaduf se compose d'une longue poutre pivotante en équilibre sur un support vertical. Un poids lourd est attaché à une extrémité de la poutre et un seau à l'autre. L'utilisateur tire le seau vers le bas jusqu'à l'alimentation en eau, le remplit, puis permet au poids de tirer le seau vers le haut. Le faisceau est ensuite tourné vers la position souhaitée et le seau est vidé. Le shaduf est encore utilisé dans les zones rurales d'Egypte et d'Inde.

Dès le premier siècle, des grues ont été construites qui étaient actionnées par des êtres humains ou des animaux actionnant un tapis roulant ou une grande roue. Ces premières grues se composaient d'une longue poutre en bois, connue sous le nom de flèche, reliée à une base rotative. La roue ou le tapis roulant alimentait un tambour autour duquel une corde était enroulée. La corde était reliée à une poulie au sommet de la flèche et à un crochet qui soulevait le poids.

Un développement important dans la conception des grues s'est produit au Moyen Âge, lorsqu'un bras horizontal connu sous le nom de flèche a été ajouté à la flèche. La flèche était attachée à la flèche d'une manière qui lui permettait de pivoter, permettant une plus grande amplitude de mouvement. Au XVIe siècle, les grues étaient construites avec deux tapis roulants, un de chaque côté d'un boîtier rotatif contenant la flèche.

Les grues ont continué à dépendre de la puissance humaine ou animale jusqu'au milieu du XIXe siècle, lorsque les moteurs à vapeur ont été développés. À la fin du XIXe siècle, des moteurs à combustion interne et des moteurs électriques étaient utilisés pour alimenter les grues. À cette époque, l'acier plutôt que le bois était utilisé pour construire la plupart des grues.

Au cours de la première moitié du XXe siècle, les grues européennes et américaines se sont développées de différentes manières. En Europe, où la plupart des grues étaient utilisées dans les villes aux rues étroites, les grues avaient tendance à être construites sous la forme de tours hautes et élancées, avec la flèche et l'opérateur au sommet de la tour. Parce que le fonctionnement silencieux était important dans les villes surpeuplées, ces grues à tour étaient généralement alimentées par des moteurs électriques lorsqu'elles sont devenues largement disponibles.

Aux États-Unis, les grues étaient souvent utilisées dans des endroits éloignés des zones résidentielles. Les grues avaient tendance à être construites avec la flèche reliée à un chariot, qui pouvait être déplacé facilement d'un endroit à l'autre. Ces grues mobiles étaient généralement propulsées par des moteurs à combustion interne. Au cours des années 1950, la disponibilité d'aciers plus résistants, combinée à une demande accrue de bâtiments plus hauts, a conduit au développement de grues avec de très longues flèches attachées à de petits camions ou à des chenilles à chenilles. Les grues mobiles et les grues à tour de toutes sortes sont largement utilisées sur les chantiers de construction du monde entier.

Matières premières

La substance la plus importante utilisée pour fabriquer des grues est l'acier. L'acier est un alliage de fer et d'une petite quantité de carbone. Pour les structures qui ne nécessitent pas une résistance très élevée, une forme courante d'acier connue sous le nom d'acier au carbone est utilisée. Par définition, l'acier au carbone contient moins de 2% d'éléments autres que le fer et le carbone. L'acier au carbone existe sous une grande variété de formes. Le facteur le plus important pour déterminer les propriétés de l'acier au carbone est la quantité de carbone présent, qui varie de moins de 0,015% à plus de 0,5%.

Pour les structures qui nécessitent une grande résistance, en particulier dans les grues conçues pour soulever des objets très lourds, une variété de substances connues sous le nom d'aciers faiblement alliés à haute résistance (HSLA) sont utilisées. Les aciers HSLA contiennent des niveaux relativement faibles de carbone, typiquement environ 0,05 %. Ils contiennent également une petite quantité d'un ou plusieurs autres éléments qui ajoutent de la force. Ces éléments comprennent le chrome, le nickel, le molybdène, le vanadium, le titane et le niobium. En plus d'être solides, les aciers HSLA résistent à la corrosion atmosphérique et sont mieux adaptés au soudage que les aciers au carbone.

Selon la conception exacte de la grue, une grande variété d'autres matériaux peuvent être utilisés dans la fabrication. Le caoutchouc naturel ou synthétique est utilisé pour fabriquer des pneus pour grues mobiles. Certains composants structurels peuvent être fabriqués à partir de divers métaux tels que le bronze et l'aluminium. Les composants électriques peuvent comprendre du cuivre pour les fils et des éléments semi-conducteurs tels que le silicium ou le germanium pour les circuits électroniques. D'autres matériaux qui peuvent être utilisés comprennent les céramiques et les plastiques résistants.

Conception

Très peu de machines existent dans une aussi grande variété de conceptions que les grues. Avant la construction de la grue, le fabricant doit considérer le site où elle sera utilisée et le poids qu'elle devra soulever. De plus, les grues sont souvent modifiées pour répondre aux besoins de l'utilisateur. Pour ces raisons, il n'est pas vraiment exagéré de dire qu'il n'y a pas deux grues identiques.

Les grues utilisées à des fins industrielles sont généralement conçues pour rester en permanence au même endroit. Ces grues effectuent souvent des tâches répétitives qui peuvent être automatisées. Un type important de grue industrielle est le pont roulant. Se déplaçant sur des chenilles fixées à deux poutres horizontales, appelées pont, un chariot permet le déplacement du pont roulant. Habituellement, le pont lui-même peut être déplacé le long d'une paire de rails parallèles, permettant à la grue d'atteindre une grande zone rectangulaire. Un pont roulant peut également être conçu de sorte qu'une extrémité du pont soit supportée par un pivot central tandis que l'autre extrémité se déplace sur un rail circulaire, permettant d'atteindre une grande zone ronde.

Un pont roulant est une sorte de pont roulant dans lequel les rails sont situés bien au-dessus du sol. Généralement supporté par le plafond d'un bâtiment, un pont roulant a l'avantage de ne pas obstruer la zone de travail.

Les grues utilisées dans la construction effectuent souvent une variété de tâches et doivent être contrôlées par des opérateurs hautement qualifiés. Les grues de construction sont divisées en grues mobiles et grues à tour. Les grues mobiles sont montées sur des camions ou des chenilles afin de se déplacer d'un endroit à l'autre. Une grue articulée est une grue mobile dans laquelle il y a un joint entre deux sections de la flèche, lui permettant de se déplacer d'une manière similaire à une articulation dans un doigt humain. Les grues articulées sont généralement utilisées pour soulever des objets situés à une distance relativement courte, mais avec une large amplitude de mouvement. Une grue télescopique est une grue mobile dans laquelle deux ou plusieurs sections de la flèche peuvent s'étendre et se rétracter, modifiant la longueur de la flèche. Les grues télescopiques sont moins polyvalentes que les grues articulées, mais sont généralement capables de soulever des objets plus lourds situés à une plus grande distance.

Les grues à tour sont utilisées dans la construction de grands immeubles. Ils sont installés au début de la construction et démontés lorsque le bâtiment est terminé. Une grue à tour externe est installée à l'extérieur du bâtiment. Au fur et à mesure que le bâtiment augmente en hauteur, la grue est soulevée en soulevant la partie supérieure de la grue et en ajoutant une nouvelle section de tour en dessous. Une grue à tour interne est installée dans le Une grue mobile. immeuble. Au fur et à mesure que le bâtiment augmente en hauteur, la grue est soulevée en soulevant la base de la grue à un niveau plus élevé dans le bâtiment.

Le processus de fabrication

Fabrication de composants en acier

• 1 L'acier fondu est fabriqué en faisant fondre du minerai de fer et du coke (une substance riche en carbone qui résulte du chauffage du charbon en l'absence d'air) dans un four, puis en éliminant la majeure partie du carbone en projetant de l'oxygène dans le liquide. L'acier fondu est ensuite versé dans de grands moules en fer à paroi épaisse, où il se refroidit en lingots.
• 2 Afin de former des produits plats tels que des plaques et des feuilles, ou des produits longs tels que des barres et des tiges, des lingots sont formés entre de gros rouleaux sous une pression énorme. Les tubes creux, tels que ceux utilisés pour former les flèches en treillis des grandes grues, peuvent être fabriqués en pliant des tôles d'acier et en soudant les côtés longs ensemble. Ils peuvent également être réalisés en perçant des tiges d'acier avec un cône d'acier rotatif.

  Une grue à tour externe.

• 3 Les câbles utilisés pour soulever des poids sont faits de fils d'acier. Pour fabriquer du fil, l'acier est d'abord roulé en une longue tige. La tige est ensuite tirée à travers une série de matrices qui réduisent son diamètre à la taille souhaitée. Plusieurs fils sont ensuite torsadés ensemble pour former un câble.
• 4 L'acier arrive chez le fabricant de la grue et est inspecté. Il est stocké dans un entrepôt jusqu'à ce qu'il soit nécessaire. Les nombreux composants différents qui seront ensuite assemblés en grues sont fabriqués à l'aide d'une variété d'équipements de travail des métaux. Des tours, des perceuses et d'autres machines de précision sont utilisées pour façonner l'acier selon les besoins.

Assemblage de la grue

• 5 Une grue est constituée des composants nécessaires. Au fur et à mesure que la grue se déplace le long de la chaîne de montage, les composants en acier sont soudés ou boulonnés en place. Les procédures exactes suivies au cours de ce processus varient en fonction du type de grue à assembler. Pour une grue mobile, les composants sont ensuite assemblés sur un camion ou une chenille standardisé du type approprié.
• 6 La grue assemblée est testée et expédiée. Selon la taille et le type de grue, elle peut être décomposée en sous-sections à assembler sur site. Il peut également être expédié entier sur de gros camions spéciaux.

Contrôle qualité

La sécurité est le facteur le plus important à prendre en compte lors de la fabrication de grues. L'acier utilisé pour fabriquer la grue est inspecté pour Une grue à tour interne. s'assurer qu'il n'a pas de défauts structurels qui fragiliseraient la grue. Les soudures et les assemblages boulonnés sont également inspectés.

Le gouvernement des États-Unis établit des réglementations spécifiques par l'intermédiaire de l'Occupational Safety and Health Administration qui limitent le poids qu'une grue spécifique est autorisée à soulever. La Crane Manufacturers Association of America établit ses propres normes de sécurité qui dépassent celles exigées par le gouvernement. Des dispositifs spéciaux à l'intérieur de la grue empêchent l'utilisateur de tenter de soulever un poids plus lourd que celui autorisé.

Une grue terminée est d'abord testée sans poids pour s'assurer que tous ses composants fonctionnent correctement. Il est ensuite testé avec un poids pour s'assurer que la grue est capable de soulever des objets lourds sans perdre en stabilité.

La sécurité dépend en fin de compte de la bonne utilisation de la grue. Les grutiers doivent être spécialement formés, doivent passer des tests spécifiques et doivent être examinés pour tout problème visuel ou physique. La grue doit être inspectée à chaque quart de travail, avec une inspection plus approfondie du moteur et de l'appareil de levage sur une base mensuelle. Les grutiers doivent être conscients des changements dans l'environnement afin d'éviter les accidents. Par exemple, les grues ne doivent pas être utilisées par temps très venteux.

Le futur

Les fabricants de grues sont constamment à la recherche de nouvelles façons d'intégrer de nouvelles technologies à leurs produits. Les futures grues auront une sécurité et une polyvalence améliorées avec des ordinateurs et des écrans vidéo qui permettront aux opérateurs de déplacer des objets lourds avec une précision accrue.

Des signes du futur peuvent être vus dans une grue inhabituelle récemment développée par James S. Albus, du National Institute of Standards and Technology à Gaithersburg, Maryland. Le robot environnemental à entraînement indépendant de la plate-forme Stewart (SPIDER) ne ressemble en rien à une grue ordinaire. Au lieu de cela, l'araignée a la forme d'un octaèdre (un solide en forme de losange composé de huit triangles réunis sous la forme de deux pyramides à quatre côtés). Six poulies supportent six câbles du niveau supérieur du SPIDER. Les câbles manipulent le niveau inférieur du SPIDER, qui est attaché à des outils ou à des dispositifs de préhension. Les six câbles peuvent fonctionner ensemble ou indépendamment, ce qui permet de déplacer le niveau inférieur dans toutes les directions. Le SPIDER peut soulever des objets lourds jusqu'à 0,04 po (1 mm) de l'emplacement souhaité et les maintenir à moins d'un demi-degré de l'angle souhaité. Le SPIDER peut soulever jusqu'à six fois son propre poids.