Coefficient de friction dans le tirage de câble – Partie 2

Nous définissons le coefficient de friction, introduisons les équations de tirage et mesurons le coefficient de friction et l'effet du lubrifiant.

Le coefficient de friction (CDF) est une mesure de la résistance du frottement face au mouvement. Un article précédent a présenté la science derrière le CDF et a discuté des facteurs qui peuvent influencer cette valeur.

La figure 1 permet de clarifier et de définir plus formellement le « coefficient de friction ».

Où :

N (Vecteur)  =  Force normale perpendiculaire à la table horizontale

G (Vecteur)  = Force gravitationnelle sur un bloc de masse m.

P (Vecteur) = Force de traction exercée sur le bloc pour le faire glisser horizontalement

F (Vecteur) = Force de friction résistant au mouvement

L’exemple montre un bloc posé sur une table horizontale.  Une force gravitationnelle G (Vecteur) (= mg) agit sur le bloc.  Le bloc ne tombe pas car il existe une force égale et opposée provenant de la table, que nous appelons la force normale. (N (Vecteur)).

Si nous appliquons une autre force perpendiculaire (P (Vecteur)) à la force normale, nous constatons qu’une force minimale est nécessaire pour que le bloc glisse. Cette force de traction doit surmonter la résistance au mouvement ou la force de friction (F (Vecteur)) pour que le bloc se déplace.  Le coefficient de friction est défini comme le rapport entre la force nécessaire pour déplacer le bloc divisée par la force normale (poids du bloc).

Donc, si μ est le coefficient de friction :   μ = P(Vecteur)/F(Vecteur)    (Équation 1)

Pour illustrer, disons que le bloc est en bois (5 kg).  Il faut une force de 2 kg pour faire glisser le bloc de bois sur une table horizontale en acier. Le CDF du bois sur l’acier est le rapport entre la « force de traction » (2 kg) et la force normale (poids de 5 kg).  Donc le coefficient de friction est de 0,4.  Notez que le CDF est un nombre sans dimension, puisqu’il s’agit du rapport entre la grandeur des deux forces.

L’expérience montre que si nous remplaçons le bloc en bois par un bloc en caoutchouc de 5 kg, une force encore plus grande est nécessaire pour produire un mouvement (disons une force de 6 kg). Ainsi, le CDF mesuré du caoutchouc sur l’acier serait de 1,2.

Il est important de noter, à partir de ces exemples, que le CDF peut varier en fonction des matériaux qui sont utilisés lors du frottement.

Équations de tirage

Remplacez le bloc par un câble et la table par un conduit, et nous obtenons le tirage de câbles. L’estimation de la tension dans le tirage de câbles est basée sur la physique de l’équation 1.  La tension de tirage est déterminée par une série d’équations de tirage de câbles qui utilisent le poids et la friction comme données d’entrée.

Les équations de tirage de câble en section de conduit droite ajoutent la tension d’entrée du dévidoir ou de la section précédente du tirage. La formule de la section droite du conduit ressemble à ceci :

Conduit droit       Tde sortie  =  Td’entrée + LWμ         (Équation 2)

Où :

Tde sortie =  Tension à la sortie de la section droite

Td’entrée  =   Tension à l’entrée de la section droite

L  =   Longueur du parcours droit

W =   Poids du câble (par longueur)

μ  =   Coefficient de friction

Ainsi, le supplément de friction est le poids total du câble multiplié par le coefficient de friction.  Pour utiliser cette formule afin d’estimer la tension, nous devons connaître les coefficients de friction pour les câbles, les conduits et les lubrifiants typiques.

 Mesure du CDF des câbles et des conduits

Une photo du tableau de friction de Polywater et de ses composants

Pour mesurer le CDF entre une variété de matériaux de gaines de câbles et de conduits, Polywater a développé le tableau de friction montré dans la figure ci-dessus.  L’appareil exerce une pression vers le bas mesurée sur un échantillon de câble/conduit, puis mesure la force nécessaire pour tirer le câble perpendiculairement à cette force normale.  Le coefficient de friction, comme précédemment, est le rapport de ces forces.

Nous pouvons également lubrifier l’interface câble et conduit et déterminer l’effet d’un lubrifiant sur le coefficient de friction.  Les données recueillies à partir de milliers de tests effectués sur des dizaines d’années nous ont permis d’optimiser la formulation et la sélection des lubrifiants. Lorsque les fabricants de câbles développent des gaines dotées de nouvelles propriétés, telles que la résistance aux chocs ou au feu, nous pouvons mesurer et fournir des informations sur les propriétés de friction de ces nouveaux matériaux.

L’effet du lubrifiant

Les matériaux des gaines de câbles présentent des différences significatives en matière de comportement de friction, mais ils sont généralement développés pour des raisons autres que la « facilité de tirage ». Si un lubrifiant de câble efficace peut réduire les valeurs de friction sans avoir d’impact sur les autres aspects de la performance de la gaine du câble, alors les problèmes d’installation peuvent être minimisés.

Les données montrent que c’est exactement ce qui se passe.  Les lubrifiants pour tirage efficaces réduisent considérablement le coefficient de friction. La figure 4 montre la réduction spectaculaire de la friction due à l’utilisation de lubrifiants.

Un graphique montrant les effets d'une gaine de câble lorsqu'elle est lubrifiée et non lubrifiée.


Le tirage de câbles est un peu plus compliqué

Le tableau de friction permet de tester la grande variété de matériaux utilisés dans les câbles et les conduits. Cependant, les véritables tirages de câble sont plus compliqués.  Les tirages ne sont pas rectilignes et des forces autres que le poids gravitationnel interviennent dans les sections de conduits courbées.

Dans d’autres articles, nous aborderons les essais de courbure, les effets du remplissage des conduits, le tirage dans l’eau, les effets des câbles multiples, etc.