Comment choisir les enrouleurs de câble ?

Technologie ingénieuse | Actualités du secteur | 22 avril 2025

1. Introduction

Les enrouleurs de câbles sont des dispositifs d'enroulement qui fournissent l'énergie, l'alimentation ou les signaux de commande aux grands équipements mobiles. Ils sont largement utilisés dans de nombreux équipements mobiles des secteurs portuaire, des docks, des ouvrages hydrauliques et de la sidérurgie, tels que les portiques, les grues à tour, les grues portiques de quai, les engins de manutention de matériaux en vrac (empileurs-récupérateurs à godets), les portiques de barrage des centrales hydroélectriques, les chariots électriques, l'éclairage et la sonorisation de scènes, etc.

2. Forme du produit

Selon le type d'alimentation, on distingue : les types manuels, à contrepoids, élastiques, à moteur de couple, à hystérésis, à transmission à fréquence variable, à couplage hydraulique et à couplage magnétique.
Selon les différents matériaux d'enroulement, on peut le diviser en : enrouleur de câble, enrouleur de tuyau (le fluide de transmission est un gaz, un liquide), enrouleur de câble optique.
Les tourets de câbles sont divisés en tourets axiaux à une rangée et en tourets axiaux à plusieurs rangées selon la disposition des câbles.
Les enrouleurs de câble se divisent en deux types selon la position de la bague collectrice : type à bague collectrice interne et type à bague collectrice externe.

3. Principes de conception

3.1 Spécifications et types de câbles

1) Le diamètre extérieur du câble, qui affecte directement la taille axiale de la bobine.
2) Forme du câble : câble rond ou plat. Le câble plat ne peut être enroulé que sur une seule rangée.
3) Le poids unitaire (kg/m) et la longueur du câble influent sur la puissance requise par l'enrouleur. Plus le poids unitaire et la longueur sont importants, plus la puissance requise par l'enrouleur est élevée.
4) Le rayon de courbure du câble influe sur le diamètre minimal de la bobine. Si le diamètre de la bobine est inférieur au rayon de courbure du câble, ce dernier risque d'être endommagé.
5) Le nombre de conducteurs du câble influe sur le nombre de bagues collectrices.
6) La tension et le courant influent sur l'isolation et les dimensions de la bague collectrice. Le modèle élastique ne convient qu'aux équipements fonctionnant sous une tension inférieure à 500 V.

3.2. Longueur d'enroulement

Cela influe sur la taille radiale et la puissance requise par la bobine. Plus la longueur est importante, plus la puissance requise est élevée.

3.3. Vitesse de déplacement de l'équipement

Cela influe sur la puissance du moteur et le rapport de transmission du touret de câble électrique. Lorsque la vitesse de déplacement de l'équipement dépasse 60 mètres/minute, il convient d'opter pour une commande à fréquence variable.

3.4. Hauteur d'installation de l'équipement

Plus la hauteur d'installation est élevée, plus la demande en énergie est importante.

3.5. Méthode d'enroulement

 

image de la méthode d'enroulement

3.6. Autres facteurs

1) Matériau du moulinet : acier au carbone, acier inoxydable 304, acier inoxydable 316.
2) Niveau de protection : IP55, IP56, IP65
3) Guide-câble : déterminer si un guide est nécessaire et s’il requiert une fonction de protection contre la tension.
4) Guide-câble : est-il nécessaire ?
5) Méthode d'alimentation électrique : alimentation au point médian/point final, etc.

 

Schéma d'installation du cadre de guidage

4. Domaine d'application des différents enrouleurs de câble

4.1. Enrouleur de câble de contrepoids

Il s'agit d'un dispositif mécanique qui enroule automatiquement le câble en exploitant le principe de l'énergie emmagasinée lors du soulèvement d'une charge. Lorsque le câble est déroulé, la rotation du dévidoir entraîne celle du tambour de câble coaxial, permettant ainsi de soulever la charge et d'emmagasiner de l'énergie potentielle. Lors de l'enroulement, la chute de la charge libère cette énergie. Sous l'effet de la tension du câble, le tambour de câble coaxial se met à tourner et enroule le câble de manière synchrone.
Avantages : structure simple, performances stables et fiables, installation et maintenance faciles, et longue durée de vie.
Inconvénients : taille importante, déplacements limités ; si des déplacements importants sont nécessaires, il faut prévoir un espace d’installation suffisant.
Domaine d'application : ponts roulants à course courte utilisant des câbles de forte section (supérieure à 35 mm²), wagons porte-poches, wagons de fonte, wagons à bacs à scories dans les aciéries et autres équipements. Ces équipements sont compatibles avec les points d'ancrage des câbles en bout et en milieu de course.

4.2. Enrouleur de câble à ressort

Il s'agit d'un dispositif mécanique qui enroule automatiquement le câble grâce au principe de stockage d'énergie par détente du ressort de l'enrouleur. Lorsque le câble est déroulé, l'enrouleur tourne pour tendre le ressort et emmagasiner de l'énergie ; lorsqu'il revient à sa position initiale, le câble s'enroule automatiquement.
Avantages : bonnes performances de synchronisation, faible tension du câble, prix bas.
Inconvénients : En raison de la durée de vie limitée du ressort lui-même, la durée de vie de ce type de moulinet est relativement courte et limitée par la course.
Domaine d'application : Enroulement horizontal et vertical de câbles d'alimentation et de commande de section inférieure à 35 mm², notamment pour le levage par ventouses électromagnétiques, grappins, chariots électriques et autres équipements similaires. Ces dispositifs conviennent à l'ancrage des câbles en bout et en milieu de câble.

4.3. Enrouleur de câble à couplage magnétique

La technologie de base repose sur l'utilisation d'un coupleur magnétique permanent comme mécanisme différentiel synchrone. L'enroulement du câble s'effectue grâce à l'entraînement du tambour par le coupleur magnétique permanent. Le coupleur et le tambour glissent constamment de manière différentielle afin de garantir que la vitesse d'enroulement soit identique à la vitesse de déplacement de l'équipement. En ajustant le couple de sortie du coupleur magnétique permanent, la tension du câble peut être réglée dans une certaine plage. Le déroulement du câble s'effectue par un dispositif d'embrayage unidirectionnel, empêchant ainsi la transmission de puissance au coupleur et au tambour. Sous l'effet de la tension du câble, le tambour surmonte l'hystérésis du dispositif de déroulement et libère le câble de manière synchrone.
Avantages : technologie éprouvée et excellent rapport qualité-prix. La synchronisation entre l’enrouleur et l’équipement mobile est stable et fiable. La technologie magnétique permanente est utilisée dans l’étage final du système de transmission, garantissant une faible vitesse et l’absence de surchauffe. Lors de l’enroulement et du déroulement du câble, la tension est réglable afin de le protéger.
Inconvénients : niveau sonore élevé.
Domaine d'application : câbles de section inférieure à 35 mm², tels que ceux utilisés dans les chariots électriques, les grues à tour, les ponts roulants, les portiques, les empileurs, les récupérateurs et autres équipements fonctionnant dans des conditions similaires. Convient pour l'ancrage des câbles en bout et en milieu de chaîne.

4.4. Enrouleur de câble amélioré à couplage magnétique

Le principe de fonctionnement de cet enrouleur de câble est identique à celui décrit précédemment. Le moteur à disque ou le moteur à frein peuvent être choisis selon les besoins de l'utilisateur. La commande électrique de l'enrouleur fonctionne lorsque le moteur d'enroulement du câble est en marche et que le moteur de déroulement est désactivé.
Avantages : structure plus compacte, dimensions réduites, masse réduite, installation facile.
Inconvénients : niveau sonore élevé.

4.5. Enrouleur de câble pour moteur à couple de blocage à long terme

L'appareil utilise un moteur couple à résistance au blocage prolongée et à régulation automatique de vitesse. La vitesse de sortie du moteur diminue automatiquement avec l'augmentation de la charge externe, et la vitesse d'enroulement du câble s'ajuste automatiquement à la vitesse de déplacement de l'équipement. Lors du déroulement du câble, la tension de ce dernier permet de vaincre le couple du moteur à résistance au blocage et de dérouler le câble de manière synchrone. À l'arrêt et à la mise hors tension, le frein à disque du moteur couple bloque le câble pour éviter tout glissement.
Avantages : Le moteur est toujours alimenté, la commande électronique est simple, le taux de panne peut être réduit, la plage d'enroulement du câble est large et la course est longue.
Inconvénients : Lors du relâchement du câble, il est nécessaire de vaincre la résistance au couple de blocage du moteur, et les câbles de petit diamètre doivent être utilisés avec précaution.
Domaine d'application : câbles de grande section tels que ceux utilisés par les empileurs, les ponts roulants ou les portiques, ainsi que les engins mobiles circulant sur de longues distances. Ces dispositifs conviennent à l'ancrage des câbles en bout et en milieu de câble.

4.6. Enrouleur de câble à hystérésis

Un disque en acier magnétique permanent génère un champ magnétique multipolaire alternatif. Un disque à induction puissant est placé en face. Lorsque le moteur entraîne la rotation du disque à induction à grande vitesse, le disque magnétique est lui-même entraîné en rotation par couplage magnétique. En cas de glissement entre les deux disques, le disque magnétique multipolaire magnétise alternativement le disque à induction opposé, générant ainsi un couple (ou « couplage magnétique ») qui s'oppose à ce glissement et entraîne (ou freine) la rotation du disque magnétique. Le moteur entraîne le tambour d'enroulement, qui transmet la puissance au couplage à hystérésis. Après décélération, le couple amplifié est transmis au tambour. Lorsque le tambour d'enroulement fonctionne, le moteur tourne toujours dans le sens d'enroulement du câble. Lorsque l'équipement de levage s'éloigne de la source d'alimentation, le câble tire le tambour en sens inverse, provoquant le glissement des deux spires et le déroulement du câble. Le couple du champ magnétique du couplage à hystérésis garantit la tension du câble pendant toute la durée du déroulement. Lorsque l'équipement de levage revient, la tension du câble sur le tambour disparaît et le tambour de câble tourne dans le sens d'enroulement pour achever l'enroulement du câble.
Ses avantages résident dans sa structure compacte, sa facilité d'installation et d'entretien, son couple de sortie ajustable en fonction des conditions de travail, son autofreinage efficace, l'absence de freins externes et la fiabilité du tambour de câble. Son système de commande est simple et compatible avec le système de commande avant/arrière de l'équipement. Tant que l'équipement est en marche, le moteur du tambour fonctionne et la séquence de phases reste inchangée. Lors du fonctionnement du tambour, l'accouplement à hystérésis ajuste sa vitesse à celle de l'équipement hôte, assurant ainsi une synchronisation parfaite entre la vitesse d'enroulement et de déroulement du câble et celle de l'équipement hôte.
Son inconvénient est que, dans le cas d'une grande capacité de câble et d'une hauteur d'installation élevée de l'hôte, afin de réduire l'élévation de température du rotor et d'augmenter sa durée de vie, il est nécessaire d'adopter le concept de conception à plusieurs têtes à faible couple, ce qui est relativement coûteux.
Il convient aux engins et équipements mobiles lourds tels que les portiques portuaires, les grues à conteneurs, les chargeurs de navires, les grues à tour, etc. Ces équipements sont adaptés aux points d'ancrage des câbles, en bout et en milieu de câble.

4.7. Enrouleur de câble à fréquence variable

Le moteur à fréquence variable est de type B5 et se connecte directement à l'entrée du réducteur. Une extrémité de l'arbre de sortie du réducteur est reliée à l'enrouleur de câble par une clavette, et l'autre à la bague collectrice électrique située dans le boîtier collecteur. Le réducteur et le boîtier collecteur sont fixés sur le dessus du socle. L'armoire de commande du variateur est indépendante de l'enrouleur de câble et son emplacement peut être choisi en fonction des besoins. En mode de contrôle vectoriel en boucle fermée (avec capteur de vitesse), le variateur sélectionne le mode de contrôle de couple en boucle ouverte et calcule le diamètre réel de l'enrouleur par intégration d'épaisseur afin de contrôler précisément le couple de sortie du moteur. Ceci garantit une tension constante du câble, quelle que soit la variation de diamètre de l'enrouleur. L'enrouleur de câble présente les avantages suivants :
(1) Pendant le processus d'enroulement et de déroulement du câble, peu importe où l'équipement se trouve sur la voie, la tension qui s'exerce sur lui est toujours constante, et la tension du câble peut être ajustée arbitrairement grâce à l'entrée des paramètres de l'onduleur et à l'actionnement du bouton du panneau de commande, ce qui maximise la protection du câble et prolonge considérablement sa durée de vie.

(2) Le tambour peut réagir rapidement aux variations de la vitesse de fonctionnement de l'équipement et se synchroniser avec celui-ci. Son fonctionnement est précis et sensible.
(3) Ce système surmonte les limitations des enrouleurs de câble traditionnels, tels que les modèles à hystérésis et à moteur couple. Il n'est pas limité par les spécifications particulières relatives aux câbles, à la longueur d'enroulement, à la vitesse de l'équipement et à la hauteur d'installation. L'enrouleur, même dans des conditions de fonctionnement complexes, est entraîné par un moteur à fréquence variable de puissance adaptée.
(4) Il possède une grande adaptabilité et peut fonctionner en continu sous une charge élevée toute la journée.
(5) Le tambour et l'équipement sont liés pour la protection du fonctionnement, ce qui empêche efficacement les accidents tels que la rupture du câble.
(6) Le moteur de la bobine est contrôlé et protégé avec précision par le convertisseur de fréquence, ce qui peut prolonger sa durée de vie.
(7) Le touret de câble à moteur à fréquence variable ajuste automatiquement la fréquence de fonctionnement de son moteur en fonction de la tension réglée et de la vitesse de fonctionnement de l'équipement hôte (chariot). Il fonctionne normalement à toutes les vitesses de 0 à n (n étant la vitesse asynchrone). À l'arrêt de l'équipement hôte, le frein du moteur à fréquence variable du touret se déclenche pour éviter le glissement du câble.
Avantages : permet un contrôle précis de la force, protège au mieux le câble et prolonge sa durée de vie.
Inconvénients : son prix est le plus élevé parmi les produits similaires.
Champ d'application : portiques portuaires, grues à conteneurs, chargeurs de navires, grues à tour et autres engins et équipements mobiles lourds.