Choisir un frein industriel ne consiste pas seulement à sélectionner un modèle qui « a l'air assez grand ». Si vous sous-dimensionnez le couple, la charge dérivera ou tombera. Si vous sur-dimensionnez, vous casserez des arbres, dénuderez des dents de engrenages, et endommagerez des structures avec des chocs d'arrêt brutaux.
This article provides the engineering formulas et safety factors (K-factors) needed to size brakes correctly for hoists, travel drives, and belt conveyors. We will connect these calculations to our product lines, such as YWZ13 drum brakes for general crane duty and SH fail-safe disc brakes for high-energy holding.
Infographie montrant les entrées de la formule : puissance du moteur (P), vitesse (n), et facteur de sécurité (K).
1) La formule fondamentale du couple
Commencez avec le couple statique nécessaire pour maintenir la puissance nominale du moteur. L'équation régissante est :
$T_{static} = \frac{9550 \times P}{n}$- $T_{static}$ : Couple moteur nominal (N·m)
- $P$ : Puissance du moteur (kW)
- $n$ : Vitesse de l'arbre de frein (rpm) — Critique : c'est la vitesse au niveau du frein, pas la sortie de la boîte !
- 9550: Conversion constante de kW/rpm en N·m.
Exemple : A 45 kW motor running at 750 rpm (common for crane hoists):
T_{static} = \frac{9550 \times 45}{750} = 573\ \text{N·m}Note: This is just to hold the motor against its own rating. It does not account for gravity, safety, or dynamic stopping.
2) Application du facteur de sécurité ($K$)
You never select a brake at $T_{static}$. You apply a Service Factor ($K$) based on the risk and application type.
$T_{brake} \ge T_{static} \times K$| Application | Facteur $K$ recommandé | Pourquoi ? |
|---|---|---|
| Levage (montée) | $K \ge 2.0$ (Souvent 2.5 pour le métal en fusion) | La gravité est constante. Si le frottement diminue (décroissance/usure), vous avez besoin d'une capacité de réserve de 100 % pour éviter une chute. |
| Déplacement / Traversée | $K \approx 1.5 – 2.0$ | Pour s'arrêter dans les limites de vent tout en évitant le dérapage des roues. Trop de couple ($K>2.5$) provoque le blocage des roues et l'usure des rails. |
| Convoyeurs à bande | $K \approx 1.5 – 2.0$ | Empêche le recul sur les bandes inclinées. La capacité thermique (temps d'arrêt) est souvent plus critique que le couple. |
| Treuils (avec opérateur) | $K \ge 3.0$ (Souvent deux freins requis) | Exigence de sécurité extrême. |
Applying to our Example (Hoist):
Required Brake Torque = $573\ \text{N·m} \times 2.0 = 1146\ \text{N·m}$.
You would select a brake rated for at least 1200 N·m (e.g., a YWZ13-315 or YWZ13-400 model depending on thruster).
3) Capacité thermique : le tueur caché
Calculated torque ensures you can hold the load. But can you stop it without burning the linings?
Calcul de l'énergie d'arrêt
Chaque fois que vous vous arrêtez, l'énergie cinétique se transforme en chaleur.
Énergie ($E$) par arrêt (Joules) :
- $J$ : Inertie totale du système reflétée sur l'arbre de frein (kg·m²).
- $\omega$ : Vitesse angulaire (rad/s) = $rpm \times \frac{2\pi}{60}$.
If $E$ exceeds the brake’s thermal rating (kJ per hour), the linings will glaze and fade.
Règle empirique : For high-inertia loads (conveyors, large fans), verify the thermal capacity of the disc/drum, not just the torque. You may need a ventilated disc (SH series) or a larger drum size just to dissipate heat.
4) Vérification du temps d'arrêt
La machine s'arrêtera-t-elle assez vite ?
Temps de décélération ($t$) :
- $T_{brake}$: Réglage réel du couple.
- $T_{load}$ : Couple de charge aidant ( ) ou résistant (-) à l'arrêt.
- Résultat : Si $t$ est trop long (> 3-5s pour les palans), la sécurité est compromise. Si trop court (< 0,5s pour le déplacement), les chocs de charge casseront les composants.
5) Choisir la bonne série de freins
Une fois que vous avez les chiffres, choisissez le matériel :
| Série | Type | Gamme de couple | Meilleur pour |
|---|---|---|---|
| YWZ13 / YWZ | Ensemble électro-hydraulique à tambour | 100 – 12 500 N·m | Grues générales : Ponts EOT, portiques, levage général. Robuste, entretien facile. |
| SH / SB | Disque hydraulique | 500 – 30 000 N·m | Haute résistance : Arrêts à grande vitesse, convoyeurs, grues à conteneurs. Meilleure dissipation thermique. |
| SE / DC | Disque électromagnétique | 5 – 500 N·m | Précision / Petit : Outils de machine, montage de scène, petits palans. Réponse rapide. |
6) Pièges courants dans la sélection
- Ignorer l'efficacité de la boîte de vitesses : Si le frein est sur l'arbre à grande vitesse, la traînée de la boîte de vitesses vous aide à vous arrêter. Si sur l'arbre à basse vitesse (frein de sécurité), ce n'est pas le cas.
- Suralimentation des entraînements de déplacement : Choisir $K=3.0$ pour un déplacement de pont de grue garantit le dérapage des roues et le balancement des charges. Utilisez $K=1.5$ ou un frein à couple variable.
- Incompatibilité de tension : Calculer parfaitement le couple mais commander la mauvaise tension de l'actionneur (380V vs 415V vs 460V) signifie que le projet est en pause à l'installation.
Besoin d'aide pour dimensionner votre frein ?
Arrêtez de deviner. Envoyez-nous la puissance de votre moteur (kW), la vitesse (rpm), et le type d'application (palans/déplacement). Notre équipe d'ingénierie effectuera le calcul, recommandera le bon facteur de sécurité ($K$), et sélectionnera le modèle de frein optimal pour votre projet.