Développement de critères de conception de cales de roues pour retenir les camions et les semi-remorques aux quais de chargement

La présente étude avait pour but de définir des critères de conception pour des cales de roues de camions et de semi-remorques utilisées aux quais de chargement. Ces critères devaient faire en sorte de permettre à la cale de maintenir immobilisé un camion ou un semi-remorque malgré trois éléments perturbateurs: le départ inopiné du camion ou du semi-remorque, le freinage des chariots élévateurs sur la plateforme de la semi-remorque et l'action de la gravité. Ces trois situations font en sorte que la semi-remorque peut s'éloigner spontanément ou progressivement du quai jusqu'à ce que la lèvre tombe et crée un vide dans lequel les roues d'un chariot élévateur peuvent s'introduire et mener à son renversement. Un quatrième élément perturbateur, le rampement antérieur de la semi-remorque, résultat d'une compression de la suspension de la semi-remorque par le chariot élévateur, a aussi été envisagé pour ajout dans le cahier des charges. Cependant, il n'a finalement pas été retenu, car la cale ne peut contribuer à limiter cette problématique, à moins d'être ancrée au sol. Bien que des dispositifs mécaniques existent pour ancrer la cale au sol ou la retenir au quai, ceux-ci présentent des contraintes d'utilisation en raison du climat hivernal que l'on retrouve au Québec. Par conséquent, notre étude s'est plutôt concentrée sur les critères qui feront en sorte de tirer profit de la résistance maximale au glissement de la cale sur le sol. La littérature scientifique est particulièrement vierge sur les critères de conception de cale de roue. Les normes existantes et certains rapports techniques ont permis d'identifier des fonctions primaires et secondaires des cales, ainsi que des contraintes à la conception qui sont énumérées dans le présent rapport. À notre avis, l'ajout de critères ou de paramètres plus précis reviendrait à définir le design même de la cale, alors que plusieurs concepts sont éventuellement possibles. À titre indicatif, des valeurs cibles pour certains des paramètres sont établies dans le rapport. Parmi ceux-ci, c'est le profil géométrique de la surface de la cale en contact avec le pneu qui a retenu particulièrement notre attention, étant donné son impact sur plusieurs fonctions de la cale. Ce profil influence d'ailleurs les modes de défaillance qui seront observés lors de l'utilisation de la cale. Notre étude a permis de comprendre qu'une cale mobile ne permettra probablement pas d’éviter tous les modes de défaillance potentiels, en particulier, le départ inopiné du camion ou du semi-remorque. Par conséquent, en matière de sécurité, il apparaît avantageux de contrôler le mode de défaillance qui se produira. L'étude a permis de déterminer que ce mode devrait être le glissement antérieur de la cale au sol, et non le passage de la roue par-dessus celle-ci. Ce choix a été fait car, même si la cale glisse, la résistance se maintiendra en tout temps, augmentant les chances de caler le moteur ou d'avertir le conducteur de la présence d'une anomalie. Si le pneu passe par-dessus la cale, il n'y aura plus aucune résistance par la suite. Cette situation se retrouve en particulier dans le cas de cales ancrées au sol et ayant une hauteur réduite. Il est important de remarquer que la cale mobile est un dispositif qui se substitue à l'action des freins du camion ou de la semi-remorque. Par conséquent, elle ne peut être plus performante que des pneus bloqués au sol, à moins qu'il y ait labourage du sol par la cale ou que celle-ci soit ancrée au sol. La présente étude a permis de démontrer que la capacité de résistance au glissement d'une cale sur le sol est intimement liée à son profil géométrique et à sa raideur. Cet aspect n'a pas été traité dans la littérature. Afin d'illustrer les différents points à considérer dans le design d'une cale au regard de son profil géométrique, un concept de cale a été proposé. Le concept ne tient toutefois pas compte des déformations des structures en jeu et il n'est pas unique. Bien que d'un point de vue théorique le concept apparaît très performant, des études expérimentales devront être effectuées pour confirmer les résultats des modèles théoriques. Il a été démontré dans le présent rapport que lors de la situation de rampement ("dock walking") de la semi-remorque, la cale ne pouvait contribuer à en limiter le mouvement à moins d'être retenue au sol. D'autres solutions doivent être envisagées, dont l'utilisation d’un crochet de retenue à la barre d'encastrement ou l'utilisation de systèmes de barrure de la suspension. Abstract The purpose of this study was to define design criteria for truck and semi-trailer wheel chocks used on loading platforms. The criteria were supposed to enable the chock to prevent a truck or semi-trailer from moving despite three destabilizing factors: unexpected starting of the truck or semi-trailer, braking of lift trucks on the semi-trailer platform and the effect of gravity. In all three cases, the semi-trailer can spontaneously or gradually move away from the loading platform until the lip falls, creating a void into which the lift truck wheels can fall and causing it to overturn. A fourth destabilizing factor, semi-trailer dock walk, causing the semi-trailer’s suspension to be compressed by the lift truck, was also considered for inclusion in the specifications. In the end, it was excluded because the wheel chock will be ineffective against this problem unless it is anchored to the ground. Although there are mechanical devices for anchoring the wheel chock or securing it to the platform, these involve practical constraints due to Québec’s wintry climate. Accordingly, our study focused on criteria that will help maximize chock resistance to surface slipping. The scientific literature is particularly devoid of wheel chock design criteria. Current standards and some technical reports have identified primary and secondary chock functions, as well as the design constraints described in this report. We believe that adding more specific criteria or parameters would help define the actual chock design, while a number of concepts may be possible. For instance, the report establishes target values for certain parameters, among which the geometric profile of the chock surface in contact with the tire was a special focus of attention because it affects several chock functions. This profile also affects the failure modes that will be observed when the chock is in use. Our study indicated that not all potential failure modes can be avoided by using a movable chock; specifically, unexpected starting of the truck or semi-trailer. From a safety perspective, it seems advisable to control the potential failure mode. The study determined that this mode should be forward slipping of the chock on the ground, and not movement of the tire over the chock. This choice was made because resistance will be maintained at all times even if the chock slips, increasing the chances of stalling the motor or alerting the driver to the fact that something is wrong. If the tire rolls over the chock, there will be no subsequent resistance. This happens in particular if the chocks are anchored to the ground and are low in height. It should be noted that a movable chock is a device that acts in place of the truck’s or semi-trailer’s brakes. Consequently, it cannot perform better than tires locked on the ground, unless the ground is churned up by the chock or the chock is anchored to the ground. This study showed that chock resistance to surface slipping is closely linked to its geometric profile and stiffness. This aspect has not been discussed in the literature. To illustrate chock design considerations with respect to its geometric profile, a chock concept was proposed. However, the concept does not take account of structural deformations and is not unique. Although, theoretically, the concept seems highly effective, experimental studies should be done to confirm the findings of theoretical models. This report showed that in cases of semi-trailer dock walk, the chock was ineffective in restricting movement unless it was attached to the ground. Other solutions should be considered, including use of a retaining hook on the rear bar or suspension locking systems.

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