Le défi de la gestion de l’eau
De la protection contre les inondations à la préservation des ressources, l’eau constitue l’un des plus grands défis écologiques de notre époque. Les canaux inclinables servent de plus en plus aux ingénieurs comme outil essentiel dans la recherche hydraulique et sédimentologique. Les derniers produits d’Armfield offrent, grâce à un système de levage automatisé de Drives Lines Technologies Ltd, la plus grande polyvalence.
Depuis toujours, l’homme intervient dans le cours naturel et le comportement des rivières afin de gérer les ressources en eau, de se protéger contre les inondations ou de faciliter la circulation le long ou au-dessus des rivières. Aujourd’hui, l’ingénierie fluviale est un domaine de recherche important, les ingénieurs cherchant à comprendre la dynamique des écoulements, le transport sédimentaire et l’érosion sous-marine.
Le rôle des canaux inclinables dans la recherche
De nombreux domaines d’étude nécessitent ou bénéficient de l’utilisation de canaux (voies d’eau ouvertes à longueur fixe) inclinables, offrant une pente positive ou négative. Armfield, basé à Ringwood près de Southampton, conçoit et fournit depuis plus de 50 ans des canaux pour laboratoires hydrauliques dans le monde entier. Aujourd’hui, l’entreprise propose une gamme complète de canaux de recherche standard de différentes longueurs, avec plusieurs modes de fonctionnement et dotés d’un contrôle informatique complet et de fonctions d’enregistrement des données.
Typiquement, ces canaux présentent un canal de flux en verre bien visible, construit dans une section prismatique rectangulaire avec un lit en acier inoxydable.
Atteindre la précision avec des vérins à vis
L’aspect le plus important d’un canal inclinable est de maintenir l’intégrité de la section de travail afin de conserver les tolérances et d’assurer à la fois précision et répétabilité. Pour y parvenir, une construction extrêmement rigide est nécessaire pour éliminer presque toute déformation, indépendamment de la charge ou de l’inclinaison. La conception du système d’inclinaison est essentielle pour garantir cette stabilité.
Armfield recommande pour ses canaux des vérins à vis entraînés par des réducteurs à vis sans fin, afin d’atteindre le meilleur niveau de répétabilité et de stabilité compte tenu de la taille et du poids de l’installation. Pour les canaux longs, une série de stations de levage est installée à différents points le long du canal. Celles-ci doivent être soigneusement reliées entre elles pour éviter toute déformation du cadre principal. De plus, pour ces longs canaux et particulièrement pour les angles d’inclinaison exceptionnels, un mécanisme de rotation à chaque station garantit en permanence un alignement vertical avec les vérins.
Armfield a fait appel à Drive Lines pour fournir la fonction de levage critique de son nouveau canal inclinable modulaire S60, d’une longueur allant jusqu’à 30 m. En tant qu’expert des systèmes d’entraînement mécaniques, Drive Lines représente des fabricants de transmissions mécaniques de premier plan dans le monde entier et assemble ces composants pour offrir des solutions fiables, polyvalentes et économiques.
Vérin à vis protégé par un soufflet
Exigences complexes pour le canal de 15 m
Les exigences pour la version de 15 m du nouveau canal étaient les plus ambitieuses et nécessitaient trois stations de levage à vis reliées par un entraînement mécanique. Le système devait permettre une inclinaison positive allant jusqu’à 1,43° et une inclinaison négative jusqu’à 0,29°, tout en maintenant une stabilité de la semelle meilleure que 1 mm pour une profondeur d’eau de 400 mm.
Le canal S60 de 15 m possède un point de rotation à une extrémité, ce qui signifie que pour atteindre l’inclinaison maximale, l’autre extrémité doit être relevée de 450 mm. Le système de levage fourni par Drive Lines comprend trois stations de levage : la première à 5 m du point de rotation, la deuxième à 10 m et la troisième à 15 m. Comme la section de travail du canal mesure 800 mm de hauteur et 600 mm de largeur, le remplissage jusqu’à la profondeur maximale autorisée entraîne une charge maximale de 4 tonnes sur chaque station de levage.
Assurer un levage uniforme
Pour les ingénieurs de Drive Lines, le plus grand défi a été de sélectionner avec précision les rapports de réducteurs à vis conique et la vitesse du moteur, afin d’assurer un levage uniforme du canal à chaque station. À la première et à la deuxième station, Drive Lines a installé deux vérins à vis MJ3-GL à chaque point, tandis que la troisième station utilise deux vérins à vis MJ4-GL. Les vérins à vis cubiques de la série MJ, fabriqués par GROB Antriebstechnik, sont idéaux partout où un levage, un abaissement et un basculement contrôlés sont nécessaires. Ils peuvent être installés individuellement, par paires ou dans un système à levage multiple.
Un moteur de 1,1 kW, couplé à un réducteur Graessner PowerGear P-110-FL à trois voies, est positionné entre la deuxième et la troisième station de levage, la puissance étant transmise à chacune des trois stations via des arbres de transmission R+W EZ2/60. Chaque arbre entraîne à son tour un réducteur Graessner PowerGear P-110-L-123 à chaque station, l’entraînement des vérins doubles étant assuré par d’autres arbres R+W EZ2/60.
Les réducteurs coniques PowerGear robustes, fiables et sans entretien de Graessner assurent la transmission du couple angulaire et la répartition du couple dans des configurations à une ou plusieurs arbres. Ils sont parfaits pour des applications nécessitant des couples élevés dans un espace limité.
Commande automatisée et fins de course
L’interface automatisée du système de levage permet à l’utilisateur d’entrer chaque valeur cible d’inclinaison, qui est automatiquement atteinte par le système. Des fins de course électroniques empêchent tout mouvement au-delà des limites maximales et minimales.
Le canal inclinable S60 entièrement autonome est un outil indispensable pour les ingénieurs hydrauliques, offrant des possibilités complètes de démonstration de tous les aspects de l’écoulement en canal ouvert. Équipé du système de levage Drive Lines pour un contrôle électrique complet de l’inclinaison, de nombreux canaux S60 ont déjà été installés dans des établissements éducatifs et de recherche à travers le monde, offrant aux ingénieurs les outils nécessaires pour relever certaines des défis écologiques les plus urgents de notre époque.