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Conception d’une ligne d’assemblage de convoyeurs à palettes : 10 paramètres qui doivent être définis en premier lieu
Henton Aluminum | Ingénierie et sélection de convoyeurs à palettes
De nombreux clients demandent un devis pour un convoyeur à palettes en posant une seule question :
« Combien coûte un convoyeur de 10 mètres ? »
Or, la longueur du convoyeur à elle seule ne détermine pas la solution appropriée.
Deux lignes de convoyeurs peuvent toutes deux mesurer 10 mètres, mais l’une transporte des pièces électroniques légères tandis que l’autre déplace des modules de batteries pesant plus de 100 kg. L’une peut simplement déplacer les produits de façon continue, tandis que l’autre doit aussi arrêter, soulever, positionner, inspecter et ramener automatiquement les palettes.
Des conditions d’exploitation différentes exigent des chaînes, des profilés en aluminium, des palettes, des systèmes d’entraînement et des commandes différents.
Une ligne d’assemblage stable de convoyeurs à palettes repose sur les dix paramètres suivants.
01 Quel est le poids combiné du produit et de la palette ?
Le calcul de la charge ne peut pas reposer uniquement sur le poids du produit.
La charge réelle en mouvement comprend :
Produit + dispositif de fixation + plaque de palette + accessoires de palette
Par exemple, si le produit pèse 20 kg, le dispositif de fixation pèse 8 kg et la palette en aluminium pèse 7 kg, la charge réelle par palette est de 35 kg, et non de 20 kg.
L’examen technique doit également confirmer :
Si le centre de gravité est centré
Dimensions courantes des palettes
Si la charge est excentrée
L’emplacement où la palette entre en contact avec les chaînes du convoyeur
Le nombre de palettes circulant simultanément sur la ligne
Le nombre maximal de palettes pouvant s’accumuler en conditions de charge complète
Le choix de la chaîne doit vérifier non seulement la charge totale du convoyeur, mais aussi la charge supportée par chaque rouleau, chaque chaîne ainsi que la différence éventuelle de charge entre les chaînes gauche et droite.
Les procédures de sélection de chaîne à écoulement libre exigent également que les ingénieurs prennent en compte conjointement la masse des palettes, leurs dimensions, leur quantité, la vitesse du convoyeur, sa longueur et la longueur d’accumulation, et non pas uniquement le poids du produit.
Pour Henton, la première étape ne consiste pas à choisir un moteur. Elle consiste à identifier la condition de fonctionnement la plus lourde de toute la ligne.
02 Combien de produits doivent être transportés par minute ?
« Plus le convoyeur est rapide, mieux c’est » est l’un des malentendus les plus courants dans la conception des convoyeurs à palettes.
La véritable exigence n’est pas la vitesse maximale de la chaîne, mais le nombre de produits finis que la ligne peut livrer de façon fiable par minute.
Si l’objectif de production est de 6 produits par minute et que chaque palette transporte 1 produit, le temps moyen entre deux palettes consécutives est de :
60 ÷ 6 = 10 secondes par palette
Si chaque palette transporte 2 produits, le temps maximal autorisé entre deux palettes devient :
60 × 2 ÷ 6 = 20 secondes par palette
Avant de déterminer la vitesse du convoyeur, les éléments suivants doivent être confirmés :
Production cible par minute
Nombre de produits sur chaque palette
Distance entre les postes de travail
Temps requis pour le démarrage, l’arrêt et le positionnement de la palette
Chargement et déchargement manuels ou non
Présence ou non d’étapes d’arrêt telles que contrôle, vissage, dosage, soudage ou autres
La vitesse du convoyeur est un résultat du processus de conception, et non un point de départ.
Une chaîne plus rapide n’accroît pas la production lorsque les postes de travail restent bloqués. Elle peut uniquement augmenter les chocs, le bruit et l’usure.
03 Quel est le temps de cycle de chaque poste de travail ?
Le débit par minute définit l’objectif de production. Le temps de cycle des postes de travail détermine si la ligne est effectivement capable de l’atteindre.
Si un produit doit être terminé toutes les 10 secondes, aucun poste de travail ne devrait systématiquement nécessiter plus de 10 secondes sans capacité supplémentaire.
Une vraie ligne peut ressembler à ceci:
Chargement: 5 secondes
Scanner: 3 secondes
Le tournevis: 18 secondes
Inspection: 8 secondes
Dans ce cas, la station de vis de 18 secondes, et non la vitesse du convoyeur, est le goulot d'étranglement de la production.
Les solutions possibles sont les suivantes:
Ajout d'un poste de travail parallèle
Transporter plusieurs produits sur une seule palettes
Diviser un processus en plusieurs étapes
Ajout de la capacité de la mémoire tampon
Utilisation d'équipements automatiques
Réorganisation de la disposition du poste de travail
Un convoyeur de palettes n'est pas simplement un dispositif qui transporte les produits. Il doit organiser les processus avec des cycles de temps différents en un flux de production équilibré.
Sans équilibrage du temps de cycle, l'augmentation de la taille de la chaîne, de la puissance du moteur ou de la taille du châssis ne résoudra pas le problème de capacité.
04 Combien de palettes doivent être accumulées en même temps?
L'un des principaux avantages d'un convoyeur à palettes à débit libre est que la chaîne peut continuer à se déplacer pendant que les palettes s'arrêtent et font la queue à un bouchon.
Toutefois, la capacité d'accumulation n'est pas illimitée.
Plus de palettes et des zones d'accumulation plus longues augmentent le frottement, la charge de conduite et l'usure des rouleaux.
La capacité d'accumulation requise est généralement calculée à partir du temps d'arrêt possible du processus en aval.
Par exemple :
Cycle de production: 20 secondes par palettes
Temps de récupération typique en aval après une défaillance: 3 minutes
Le processus en amont continue à nourrir pendant ces 3 minutes
Le coussin théorique minimum est:
180 ÷ 20 = 9 palettes
La conception finale doit également tenir compte de l'espacement des palettes, de la logique de libération après la reprise de la production et d'une réserve appropriée.
L'examen technique doit également confirmer:
Si toute la ligne ou seulement certaines zones accumulent des palettes
Si les produits peuvent entrer en contact les uns avec les autres pendant l'accumulation
Combien de palettes un bouchon doit contenir
Si les zones d’accumulation nécessitent un arrêt par section
Si l’entraînement peut gérer une ligne entièrement accumulée
De nombreux convoyeurs fonctionnent normalement à vide, mais se surchargent, vibrent ou calent lorsque toutes les palettes s’accumulent. Dans la plupart des cas, la charge accumulée n’a pas été entièrement prise en compte lors de la conception.
05 Quelle est la longueur du convoyeur et sa hauteur de travail ?
Un convoyeur plus long ne consiste pas simplement à ajouter plusieurs mètres de profilé en aluminium.
À mesure que la longueur augmente, le poids de la chaîne, le frottement des guides, la quantité de palettes et la tension accumulée augmentent également. Au-delà d’une certaine longueur, la conception peut exiger :
Plusieurs sections d’entraînement
Des supports intermédiaires supplémentaires
Des profils de châssis plus grands
Une structure de tension de chaîne revue
Commande par zone
Accès pour l'entretien
Les méthodes de sélection de la chaîne prennent en compte la longueur du convoyeur, sa vitesse, le coefficient de frottement, la masse maximale à transporter et l’environnement de fonctionnement comme paramètres clés pour le calcul de la tension de la chaîne. L’inertie doit également être prise en compte lorsque le convoyeur démarre rapidement ou pousse une charge de façon soudaine.
La hauteur de travail doit également être conçue de façon rigoureuse, et non choisie de façon arbitraire.
Sur les lignes de montage manuelles, il faut tenir compte de la taille de l’opérateur, du travail assis ou debout, de la position des outils et de la surface de travail du produit. Sur les lignes automatisées, il faut assurer la compatibilité avec les robots, les systèmes d’inspection, les machines de dosage et les équipements de chargement.
Pour un convoyeur à retour à deux niveaux, la conception doit également vérifier :
Hauteur de travail supérieure
Espace libre sous le niveau de retour
Hauteur du mécanisme de levage et de transfert
Espace réservé aux moteurs et aux pignons
Plage de réglage des pieds nivelants
La hauteur de travail semble être une simple dimension, mais elle affecte directement l’ergonomie et l’intégration des équipements.
06 Le positionnement par levage et localisation est-il requis ?
Un butoir peut arrêter une palette, mais arrêter n’est pas équivalent à un positionnement précis.
L’assemblage manuel, l’inspection visuelle et la numérisation de base peuvent ne nécessiter qu’un arrêt de la palette dans une zone générale. Un butoir peut suffire pour ces opérations.
Les unités de levage et de localisation sont généralement requises pour :
Prélèvement par robot
Visseuse automatique
Distribution ou application de revêtement
Raccord à pression
Inspection laser
Imagerie par vision
Mesure de précision
Le soudage
Chargement et déchargement automatiques
Une unité de levage et de positionnement soulève la palette hors des rouleaux du convoyeur et la positionne à l’aide de broches, de douilles ou de surfaces de référence de précision.
Cela offre deux avantages importants :
Premièrement, les forces de traitement et de pressage ne sont pas transmises directement à la chaîne et aux rouleaux du convoyeur.
Deuxièmement, la position de la palette est définie par l’unité de positionnement plutôt que par la position d’arrêt de la chaîne.
Il ne suffit donc pas d’indiquer qu’un butoir est nécessaire ; les opérations effectuées après l’arrêt doivent également être précisées.
07 Quelle précision de positionnement est requise ?
Indiquer simplement qu’un positionnement est requis ne suffit pas ; la répétabilité exigée doit être définie.
Les différentes opérations présentent des exigences de précision très variées :
Un assemblage manuel ne nécessite qu’une palette arrêtée de façon stable
Une inspection basique par capteur exige un positionnement raisonnablement constant
La manipulation robotisée exige une répétabilité stable
La vision, la distribution de matière, le vissage et le pressage de précision exigent une plus grande exactitude
Dans les systèmes convoyeurs de palettes établis, des unités de positionnement dédiées peuvent atteindre une répétabilité comprise approximativement entre ±0,1 mm et ±0,3 mm. Les performances réelles dépendent de la structure de la palette, des broches et douilles de localisation, de la charge, de la précision d’installation et de la conception du mécanisme.
Un point doit être souligné :
L’exactitude de positionnement ne peut pas être obtenue simplement en inscrivant un chiffre dans une spécification.
Elle dépend également de :
La rigidité de la palette
L’ajustement entre les broches et les douilles de localisation
La manière dont le produit est positionné dans le dispositif de fixation
La synchronisation du mécanisme de levage
Rigidité du châssis
Si la charge est excentrée
Fondation de la machine et installation
Entretien après usure à long terme
Plus les exigences en matière de précision sont élevées, moins un arrêt simple sera probablement suffisant.
08 Retour à un seul niveau, à deux niveaux ou en boucle ?
La structure du convoyeur doit être choisie en fonction de l’espace au sol disponible, des besoins en retour des palettes et du flux de processus.
Convoyeur droit à un seul niveau
Il s’agit de la structure la plus simple, avec un investissement moindre et un entretien plus aisé. Elle convient lorsque les opérateurs retirent les palettes à l’extrémité de la ligne ou lorsqu’aucun retour automatique des palettes n’est requis.
Sa principale limitation réside dans le fait que les palettes vides doivent être ramenées manuellement.
Retour automatique à deux niveaux
Le niveau supérieur est utilisé pour l’assemblage et le transport des palettes chargées, tandis que le niveau inférieur assure le retour des palettes vides. Des élévateurs, des unités de levage-et-transfert ou d’autres mécanismes de transfert relient les deux niveaux.
Cette conception économise de l’espace au sol et assure une circulation automatique des palettes, ce qui la rend adaptée aux lignes d’assemblage en ligne droite.
Toutefois, les mécanismes supplémentaires de levage, de transfert et de commande augmentent également les exigences en matière de protection et de verrouillage en cas de défaillance.
Convoyeur à boucle horizontale
Les palettes circulent en continu autour d’une boucle horizontale. Cette disposition convient lorsque les postes de travail sont disposés autour du convoyeur et que des branches, des postes d’inspection ou des zones de reprise peuvent être ajoutées.
Une disposition en boucle est souple, mais elle occupe généralement plus d’espace au sol et nécessite davantage de mécanismes de changement de direction et de transfert.
Il n’existe pas de disposition universellement optimale. La disposition appropriée est celle qui correspond au processus et à l’espace disponible en usine.
09 Des caractéristiques anti-statiques (ESD), de protection contre la poussière ou de résistance aux hautes températures sont-elles requises ?
Les convoyeurs à palettes ne sont pas utilisés uniquement dans des ateliers ordinaires.
L'assemblage électronique, la fabrication de batteries, les instruments de précision, les zones propres, les procédés à haute température et l'usinage des métaux génèrent tous des exigences différentes en matière de matériaux et de structure.
Environnements sensibles aux décharges électrostatiques (ESD)
Remplacer un composant par une « chaîne antistatique » ne constitue pas une solution complète contre les décharges électrostatiques.
Une conception complète contre les décharges électrostatiques peut également exiger :
Des palettes conductrices ou dissipatives
Des matériaux appropriés pour la chaîne et les guides
Un chemin conducteur entre la palette et le convoyeur
La mise à la terre du châssis en aluminium
Des sangles de liaison
La protection des composants électriques
Essai final de résistance
La CEM doit être considérée comme une exigence applicative au niveau système, et non comme une propriété d’un composant isolé.
Environnements poussiéreux et contenant des copeaux métalliques
La conception doit prendre en compte les couvercles des chaînes, l’évacuation des copeaux, le nettoyage des guides et l’accès pour l’entretien.
L’entrée continue de copeaux d’aluminium, de copeaux d’acier ou de poussière dans la zone chaîne-engrenage accélère l’usure et peut finalement provoquer un blocage.
Environnements à haute température
Les éléments suivants doivent être revus à nouveau :
Matériaux de la chaîne et des galets
Limites de température des bandes d’usure
Méthode de lubrification
Emplacement du moteur et de la boîte de vitesses
Classe de température des capteurs, des tubes et des câbles
Expansion thermique du cadre et des palettes
Une configuration d'atelier standard ne peut pas être appliquée directement à tous les environnements d'exploitation.
10 Comment calculer la puissance moteur et les facteurs de sécurité?
La sélection du moteur ne peut pas être réduite à une règle telle qu'un certain nombre de watts par mètre.
La force de convoyeur requise doit comporter au moins quatre parties:
Résistance totale = résistance au frottement + inertie de départ + résistance à l'élévation + résistance supplémentaire
Pour une estimation initiale d'un convoyeur horizontal:
Résistance au frottement F1 = μ × M × g
Où :
μ est le coefficient de frottement équivalent de la chaîne, des rouleaux et du système de guidage
M est la masse mobile totale
g est l’accélération gravitationnelle
Le démarrage introduit également l’inertie :
La force d’inertie F₂ = M × a
où a est l’accélération du convoyeur.
Un déplacement incliné ou des changements d’altitude nécessitent une composante gravitationnelle supplémentaire. Les palettes accumulées, la tension de la chaîne, les mécanismes de rotation, les roulements et autres accessoires doivent également être inclus comme résistances supplémentaires.
Une fois la force motrice totale F déterminée, la puissance préliminaire peut être calculée ainsi :
Puissance calculée P = F × v ÷ (1000 × η)
Où :
P est exprimée en kW
F est la force motrice totale en N
v est la vitesse de la chaîne en m/s
η est le rendement combiné du moteur, de la boîte de vitesses, de la roue dentée et du système de transmission
Le moteur ne doit pas être sélectionné exactement à la valeur calculée.
Un facteur de service doit être appliqué :
Puissance du moteur sélectionné ≥ puissance calculée × facteur de service
Le facteur de service n’est pas une valeur fixe. Il dépend de :
Fréquence de démarrage et d’arrêt
Durée d'exploitation continue
Accumulation sur toute la ligne
Fonctionnement avant et arrière
Charges d'impact
Temps d’accélération requis
Température ambiante
Variation de la charge réelle
Une marge préliminaire d’environ 1,3 à 1,5 peut convenir pour un convoyage stable et continu. Des démarrages fréquents, une accumulation importante ou des charges fluctuantes peuvent nécessiter une marge d’environ 1,5 à 2,0. Pour les applications intensives, à chocs ou avec inversion de sens, une vérification spécifique est requise plutôt qu’un facteur fixe.
La sélection du moteur doit également vérifier :
Couple de sortie du réducteur
Couple de démarrage
Couple arbre-pignon
Vitesse du moteur
Rapport de réduction
Capacité thermique
Fréquence de démarrage-arrêt
Tension maximale admissible de la chaîne
Les méthodes professionnelles de sélection des moteurs évaluent conjointement l’inertie, le couple et la vitesse, tandis que les méthodes de sélection des chaînes vérifient la tension maximale admissible de la chaîne, les facteurs de vitesse et les conditions de fonctionnement.
Un moteur sous-dimensionné peut ne pas parvenir à démarrer sous charge complète. Un moteur surdimensionné inutilement peut accroître les chocs subis par la chaîne, les pignons et le réducteur. L’approche correcte consiste à adapter l’ensemble du système d’entraînement, et non simplement à augmenter la puissance du moteur.
Préparez ces informations avant de demander une solution de convoyeur à palettes
Lorsque vous demandez une ligne d’assemblage de convoyeurs à palettes Henton, les informations suivantes nous aident à élaborer une solution et un devis plus précis :
Désignation du produit, dimensions et masse
Dimensions, poids et matériau de la palette
Nombre de produits transportés sur chaque palette
Production cible par minute
Temps de cycle de chaque poste de travail
Longueur, largeur et hauteur de travail requises pour le convoyeur
Nombre maximal de palettes accumulées
Exigences en matière d’arrêt, de levage et de positionnement précis
Précision de positionnement requise
Disposition à un niveau, à deux niveaux ou en boucle de retour
Environnement de fonctionnement et heures d’exploitation quotidiennes
Intégration avec des robots, des équipements d’inspection ou des systèmes de contrôle
Un convoyeur à palettes peut sembler n’être qu’une ligne de transport, mais il relie le temps de cycle de production, les dispositifs de fixation, les équipements d’automatisation, les opérateurs et la logistique d’usine.
Un devis rapide a peu de valeur si les paramètres techniques n’ont pas été correctement définis.
Henton ne conçoit pas un convoyeur à palettes en ajoutant simplement des profilés en aluminium et des chaînes selon la longueur. Nous évaluons la charge du produit, le temps de cycle de production, la quantité d’accumulation, les exigences de positionnement et l’environnement opérationnel, puis nous concevons la chaîne, le châssis, la palette, le système d’entraînement et le système de commande comme une solution intégrée complète.
Les clients n’ont pas besoin d’un convoyeur qui se contente de déplacer des charges.
Ils ont besoin d’une ligne de production capable de démarrer sous charge maximale, d’accumuler sans blocage, de positionner avec précision, de fonctionner de façon fiable dans le temps et de maintenir le rythme requis de production.
