Design World : Comment choisir un système d'équilibrage sûr et efficace
Les mouvements pénibles qui incluent le levage lourd, la poussée ou la tension sont responsables de la plupart des blessures non mortelles sur le lieu de travail aux États-Unis. 84 % des blessures entraînant un arrêt de travail sont causées par un effort excessif, des réactions (telles que des glissades ou des chutes) ou un contact dangereux avec des objets et des équipements.
Quoi de plus : les employés de 45 à 55 ans sont les plus exposés aux blessures causées par le surmenage et les accidents du travail. Bien que les travailleurs des secteurs de la construction, du transport ou de la livraison soient généralement touchés en raison des charges lourdes qu'ils doivent soulever, ces risques sont également omniprésents dans d'autres secteurs d'activité.
À titre d’exemple : un technicien de laboratoire d’un établissement médical se coince le doigt dans une porte d’accès à un équipement lourd qui se ferme de manière inattendue, entraînant une lacération et une possible contamination du laboratoire. Ou envisagez un panneau d’accès d’aéroport aux systèmes d’infrastructure souterraine. Le panneau doit être suffisamment lourd pour supporter les poids des avions et suffisamment accessible pour s’ouvrir sans utiliser d’équipement de levage volumineux et coûteux.
Imaginez maintenant qu'un opérateur accède facilement au souterrain, mais que le panneau ne tienne pas, l'enfermant dans le souterrain. Dans les deux exemples, la sécurité et la fiabilité de l’équipement sont en jeu, et la solution est un système de contrepoids soigneusement choisi et correctement installé.
L’importance de l’équilibrage
Un contrepoids est un poids ou une force qui compense ou atténue un autre poids ou une autre force. Généralement, les systèmes d'équilibrage intègrent des ressorts ou des vérins pour soutenir efficacement un couvercle, un panneau, une porte ou un autre dispositif. Ces systèmes comprennent des options mécaniques, gaz et hydrauliques. Le choix idéal dépend de l'application et de l'environnement auquel elle sera soumise.
Dans les exemples ci-dessus, la solution d'équilibrage idéale aiderait de manière fiable l'utilisateur à accéder en toute sécurité à la porte de l’équipement de laboratoire ou au panneau souterrain de l’aéroport selon les besoins sans risque de blessure pour l’utilisateur, quel que soit le poids de la porte ou du panneau.
« Il faut savoir que dans les applications d'infrastructure, un panneau ou une porte de trappe apparemment simple peuvent peser 150 ou 200 kgs, voire plus », explique Steve Rockow, responsable de l’ingénierie mondiale. « Le système d’équilibrage utilisé doit supporter une masse spécifiée et la maintenir ouverte si nécessaire sans craindre une défaillance soudaine. »
« De nombreux secteurs ont également des restrictions spécifiques en matière de poids et de levage pour la sécurité de leurs travailleurs ou employés. Un système idéal est donc conçu pour rester en dessous de ces limites afin de respecter les restrictions », ajoute Jeanne Bogre, directrice des ventes. « Il est souvent nécessaire de compenser certaines charges ou certains poids pour permettre à une personne d’ouvrir un panneau ou une porte en toute sécurité sans l’aide d’une machine. »
Heureusement, les systèmes d'équilibrage modernes offrent de multiples options d'assistance. Les mécanismes d'ouverture automatique sont l'une de ces options.
« Ainsi, une trappe au sol peut être en position fermée, mais lorsque le loquet est relâché, elle s’ouvre d’elle-même », explique Rockow. « Le système d’équilibrage peut également être installé pour respecter certaines limitations de vitesse, maintenir une certaine rotation et ces types de caractéristiques. »
Une autre caractéristique importante pour de nombreuses applications est de s'assurer qu'une fois qu'un panneau, une trappe ou une porte sont ouverts, ils se verrouillent fermement en place.
« Si vous ouvrez une porte lourde ou un panneau d’accès souterrain, il est essentiel qu'un opérateur ne soit pas coincé, écrasé ou bloqué dans un espace confiné », explique-t-il. « Le panneau doit absolument rester ouvert, même en cas de coup de vent. Il existe donc des mécanismes de verrouillage appelés Prop-Locks qui peuvent être installés comme mécanisme de sécurité supplémentaire. »
Ces systèmes de verrouillage peuvent être dotés d'un dispositif de déverrouillage manuel qui garantit que le panneau ne se ferme que lorsqu'un opérateur le débloque manuellement. Cela permet la fermeture sûre et intentionnelle du panneau ou de la trappe, garantissant qu’aucun opérateur n’est accidentellement verrouillé dans une zone ou blessé lorsque le panneau ou la porte se ferme.
Dans l’exemple ci-dessus, la porte de l’équipement du laboratoire est l’un des cas où le système d'équilibrage n’a pas été ouvert suffisamment longtemps pour permettre une entrée sûre.
Outre les mécanismes de verrouillage mécaniques, il existe aujourd'hui des vérins électromécaniques qui peuvent être raccordés électriquement à un panneau de commande pour être utilisés à l'aide d'un simple interrupteur.
« Il existe plusieurs options pour garantir le meilleur choix et le plus sûr, en fonction des préférences de l’utilisateur et des exigences d’un projet », ajoute Bogre.
Quelle que soit l’option, le choix d’un système d'équilibrage idéal est une décision essentielle qui doit refléter les besoins des travailleurs ou des opérateurs tout en répondant aux caractéristiques uniques de l’application.
Choisir le bon système
Chaque application a ses propres exigences et défis lorsqu'il s'agit de choisir et d'installer le système d'équilibrage optimal. L’objectif est toujours de réduire le poids d’un objet (comme un panneau, un couvercle ou une porte) et de fournir à l’utilisateur final le contrôle et un sentiment de sécurité. Idéalement, le système offre également une longue durée de vie, nécessitant peu ou pas de maintenance.
Les types de systèmes d'équilibrage comprennent :
1. Mécanique. Une solution d’équilibrage sans joint, sans gaz et sans huile qui ne nécessite aucune maintenance et dure généralement toute la durée de vie de l’application. Ce choix est idéal dans des environnements sujets à la corrosion ou à des conditions variables, où la défaillance n’est pas une option. Le vérin mécanique peut produire des charges constantes et répétables à intervalles variables. C’est l’option la plus écologique.
2. Gaz. Les vérins à gaz se composent d’une tige de précision fixée à un piston, se déplaçant dans un cylindre étanche contenant de l’azote sous pression et de l’huile. Ils fournissent une assistance au levage et un contrepoids aux applications via une force de poussée ou de traction qui agit autour d’un axe de pivotement.
« On les appelle aussi des compas à gaz et ils constituent une solution viable lorsque la température de l'environnement est stable. Comme il s’agit d’appareils sous pression fermés, cette pression peut changer par temps chaud, par exemple, et cela modifie la puissance de sortie », explique Rockow. « La corrosion peut également poser problème, mais des versions en acier inoxydable sont disponibles. Il existe donc des solutions pour atténuer certaines conditions. »
Il convient également de noter que les ressorts à gaz sont équipés de joints qui protègent l’huile à l’intérieur, mais ces joints s’usent au fil du temps, ce qui nécessite généralement une maintenance.
3. Hydraulique. Les systèmes hydrauliques fonctionnent et effectuent des tâches à l’aide d’un fluide sous pression. Les systèmes d'équilibrage peuvent constituer une alternative efficace aux pompes hydrauliques conventionnelles ou aux tuyaux haute pression, qui peuvent s’avérer coûteux et problématiques.
« L’industrie minière est un exemple de système hydraulique », déclare Rockow. « On y utilise souvent d'énormes transporteurs de gravier dotés de pneus de 16 à 20 pieds de haut et un godet massif à l’arrière pour le gravier. Ces camions disposent généralement de grands panneaux d'accès pour lesquels un vérin électromécanique est idéal et bien plus rentable qu'une pompe hydraulique qui nécessite un fluide et des vérins pour être actionnée. Ce système de vérin électromécanique utilise à la place une faible tension continue. »
Poser les bonnes questions
« Il y a plusieurs éléments à prendre en compte avant de choisir un système d'équilibrage », ajoute Rockow. « Il faut tenir compte de la masse, du centre de gravité, des emplacements de montage possibles des vérins ou des ressorts, des conditions auxquelles l’application sera soumise et de la flexibilité dont nous disposons dans ces facteurs. Tout cela variera selon le client et l’application. »
Autre point important : la longévité de l’application. Combien de temps le produit doit-il fonctionner et à quelle fréquence son système d’équilibrage est-il utilisé ? S'agit-il d'une utilisation ponctuelle (par exemple, une trappe d'accès pour l'entretien de canalisations ou d'infrastructures souterraines), d'une ou deux fois par jour (par exemple, la porte d'un food truck), ou d'une ou deux fois par heure (par exemple, pour un équipement lourd) ?
« Outre le calcul des cycles que le produit doit effectuer chaque jour, chaque semaine ou chaque année, il est également important de penser à l’environnement avant de choisir un système d'équilibrage », explique Bogre. « Le gaz peut être exclu si l'application est souterraine ou si les conditions météorologiques variables posent problème. Ou peut-être le système hydraulique choisi nécessite-t-il une source hydraulique - mais l'application devant être autonome, cette option n'est pas envisageable. Poser les bonnes questions aidera à choisir le bon système. »
Pour évaluer correctement ces facteurs, de nombreuses informations techniques sont nécessaires. Pour simplifier le processus, ASRaymond propose un outil de configuration de l’équilibrage en ligne gratuit.
« Cet outil reprend les équations d’ingénierie compliquées et offre des options. Il est efficace et simple à utiliser, de sorte qu’un ingénieur peut saisir les paramètres d'une application spécifique, et l'outil détermine quelques-unes des meilleures options d’équilibrage », explique-t-elle.
Cela inclut les variables de l'application (telles que l'angle, la profondeur et la hauteur), la charge et les caractéristiques du vérin, ce qui permet d'éliminer toute incertitude de l'équation.
« Cet outil élimine également le stade du tâtonnement et permet d'éviter l'achat de cinq ou six ressorts à essayer et à tester, en espérant que l'un d'entre eux fonctionne », ajoute Rockow. « C’est coûteux, car vous devez acheter les composants, déterminer les différentes options de montage, percer des trous, ajouter des supports si nécessaire, et potentiellement déplacer des objets et essayer un composant différent. »
L’Outil de configuration de l’équilibrage calcule les résultats et offre généralement cinq ou six options de vérin ou de ressort, y compris les meilleurs points de fixation et les meilleures charges de manutention pour le projet en question.
En résumé, lors du choix d’un système d'équilibrage, tenez compte des éléments suivants :
- La masse ou masse en rotation
- Le centre de gravité
- La flexibilité et les emplacements de montage possibles des vérins
- L'environnement
- L’ergonomie
- Les considérations relatives à la maintenance (telles qu’un accès facile pour le nettoyage, en particulier pour les industries qui ont des exigences strictes en matière d’hygiène comme le secteur médical)
- Toute autre préférence ou restriction
Garantir l’accessibilité
« De nos jours, le travailleur moyen n'est pas le même qu'il y a 50 ans », explique Bogre. « Dans de nombreux domaines, la main-d'œuvre vieillit. Il y a également beaucoup plus de femmes dans presque tous les secteurs. Il est primordial d'être plus inclusif et plus soucieux de la sécurité lorsqu'il s'agit de la conception et de l'ergonomie des équipements. »
Dans le cas d'un système d'équilibrage, il s'agit de choisir un système et de concevoir une application accessible à tous les types de travailleurs susceptibles de l'utiliser. Il s'agit par exemple de réduire la masse supplémentaire d'un panneau d'accès pour faciliter l'entrée ou d'installer un système de contrôle électrique actionné par un interrupteur pour garantir qu'un employé ne risque jamais de se blesser.
Idéalement, de tels choix sont faits au stade de la conception d’une application.
« Trop souvent, les systèmes d'équilibrage sont envisagés au stade final de la conception du produit, ce qui est loin d’être idéal », explique Rockow. « Dans de tels cas, vous limitez potentiellement vos choix et ajoutez du retard et des coûts à l’application finale. »
« Pour mettre les choses en perspective, le fait d'envisager la solution d'équilibrage dès le début des cycles de conception permet d'obtenir un meilleur résultat », ajoute Bogre. « Par exemple, si une application est déjà conçue et qu’il n'y a qu’un petit espace de montage disponible pour installer les vérins, il y a peu de marge de manœuvre. Vous pourriez avoir besoin de grands vérins pour travailler efficacement, mais il n'y a pas assez d'espace de montage pour répondre aux besoins. Il est très important d'y penser plus tôt que trop tard. »
C’est pourquoi il est important de prendre en compte les charges de levage et de manutention nécessaires pour un système d'équilibrage idéal le plus tôt possible dans la conception d’une application afin de garantir la meilleure solution et la plus rentable.
« Nous sommes généralement en mesure de recommander ou de développer une solution pour n’importe quelle exigence d’équilibrage, mais vous disposez d'un plus grand nombre d'options – et souvent des options standard plutôt que des options personnalisées plus coûteuses – plus tôt dans le processus, cela est prévu », explique Rockow. « L’équilibrage doit être une décision précoce importante pour des raisons de sécurité et d’effet de levier et, dans la mesure du possible, ne doit pas être reportée à la fin du cycle de conception d'un projet. »
En plus de l’Outil de configuration de l’équilibrage, ASRaymond offre l’option en ligne de concevoir une solution d’équilibrage pour un produit ou une application.
« Cela permet aux ingénieurs de visualiser la conception finale, d’envisager différentes options et de commander des pièces ou des prototypes directement en ligne, ce qui simplifie l’ensemble du processus. Ils peuvent choisir les caractéristiques les plus importantes, telles qu'un mécanisme de verrouillage ou autre pour plus de sécurité. Nous veillons systématiquement à ce que les clients disposent et comprennent les meilleures options disponibles pour garantir le système d'équilibrage le plus sûr et le plus efficace pour leur application. »