Brevet FR2026005A1 — publié le 19700911

La présente invention concerne un appareillage de sécurité pour engins de levage au moyen duquel est surveillé le comportement limite dynamique d'un mécanisme de levage commandé au moyen d'un régulateur de couple de rotation à thyristors pour moteurs asynchrones à courant triphasé. Dans les engins de levage, en particulier les installations de levage au moyen d'une grue, il faut que la montée avec ou sans charge puisse démarrer sans à-coup et que la vitesse maximale de montée soit atteinte avec une accélération constante ou progressive. De même, lors de la descente avec ou sans charge, la décélération doit être constante ou progressive jusqu'à l'arrêt. Dans certaines réalisations connues ce mode de fonctionnement est assuré par des variations d'intensité, de voltage ou de fréquence du- courant au groupe de commande. Du point de vue économique, la simple commande par résstance de glissement a donné de bons résultats avec des moteurs asynchrones à courant triphasé.Toutefois, avec ce type de moteur la commande doit être calculée pour le plus petit couple de charge, c'est-à-dire pour la descente du crochet à vide et avec la plus petite longueur de câble possible. De ce fait, lors de la descente avec une charge maximale et à grande vitesse le freinage doit forcément être assuré avec une forte décélération, tandis que pour le levage le câble qui pend sans tension est enroulé avec une forte accélération jusqu'au point de charge, et la charge se trouve soulevée soudainement. Ces à-coups dynamiques doivent être absorbés par les pièces qui constituent l'engin de levage; ce qui conduit forcément à prévoir pour celles-ci un coefficient de sécurité plus grand, c'est-à-dire qu'il faut dimensionner ces pièces en conséquence, d'où une fabrication plus coûteuse.En outre, dans le cas de grues à tour tournantes ou-d'engins à longue flèche les à-coups dynamiques provoquent des mouvements pendulaires et des phénomènes oscillatoires qui résultent en une perte considérable du rendement et nuisent à la précision du travail de levage. Une amélioration des conditions de travail est obtenue par le procédé par intervalles (marche intermittente), le mécanisme de levage étant actionné pendant de courts instants se-succédant rapidement. Jusqu'à mille commutations par heure peuvent - techniquement être réalisées. Ce procédé a pour inconvénients l'usure considérable des organes de commutation ainsi que l'usure des pièces mécaniques par suite des nombreuses sollicitations dynamiques dues aux à-coups. Ces inconvénients sont supprimés par l'invention qui prévoit qu'un appareillage de sécurité surveille continuellement le comportement du couple moteur d'un mécanisme de levage commandé avec précision au moyen d'un circuit de charge à thyristors dans le moteur asynchrone à courant triphasé, et arrête ce mécanisme, au moyen d'une force de freinage réglée ou non réglée et d'éléments de commutation correspondants, lorsque les limites de charge considérablement augmentées sont sur le point d'être dépassées ou le sont.Grâce à cet appareillage de sécurité à commande électronique on peut d'une part réduire considérablement le degré de sécurité de la charge limite pour le mécanisme de levage habituellement prévu pour une opération manuelle; d'autre part, la crête de sollicitation dynamique se trouve réduite, de sorte que a) on peut assurer un plus grand coefficient de sécurité pour l'engin de levage, b) les dimensions des pièces et par conséquent les frais de fabrication peuvent être diminués, c) la précision du travail est assurée, et d) la perte de rendement est diminuée et par suite la rentabilité est accrue. Un exemple d'exécution d'un appareillage de sécurité selon l'invention est décrit ci-après avec référence au dessin sur lequel - la-figure 1 est une représentation schématique d'un mécanisme de levage, - la figure 2 est un schéma fonctionnel de l'appareillage de sécurité selon cet exemple, la figure 3 est un graphique de la tension de sortie de l'amplificateur différentiel, et - la figure 4 est un graphique illustrant la marche d'un mécanisme de levage muni d'un appareillage de sécurité selon l'invention. On a représenté à la fig.l le principe de fonctionne-ment d'un mécanisme de levage muni d'un appareillage de sécurité selon l'invention. Le couple du moteur asynchrone 1 à courant 'triphasé est transits par l'arbre 2 et l'embrayage 3 à l'arbre 4 du réducteur avec ses engrenages 5 qui, suivant la position donnée par le dispositif de commutation 14, sont en prise avec les roues dentées correspondantes de l'arbre réversible 13 du ré ducteur. Par l'intermédiaire de la roue dentée 16 et des engrenages 7 montés fixes sur l'arbre 6 du réducteur le couple moteur est transmis au tambour à câble 19 par la roue dentée 18 de l'axe 17 de ce tambour, et enfin, par l'intermédiaire du-câble 20, au cro- chet de levage 21. Sur l'axe 17 du tambour est en outre prévu un second embrayage 22 pour une double commande éventuelle.Sur l'arbre 6 du réducteur est disposé le générateur d'informations actif 12 ou, selon le cas, le transformateur d'informations passif 12, et en même temps le frein 8 dont la puissance commandée par un électro-aimant 10 et un ressort à action centrale 11, agit sur le tambour de frein par l'intermédiaire de la garniture de frein 9. On a représenté à la fig. 2, à titre d'exemple, le schéma de fonctionnement de l'appareillage de sécurité selon l'inven tion. Le circuit statorique du moteur asynchrone à courant tripha sé 1 est raccordé au réseau de courant triphasé par l'intermé diaire-de la commande à inverseurs 23a et 23b et des fusibles 22. Dans le circuit rotorique d'un type quelconque sont disposées des résistances de glissement 25 à un ou plusieurs étages selon les garges de couples de rotation prescrites. Le circuit de résistan ces de glissement 28 proche du point neutre, dans des cas par ticuliers proche du circuit rotorique, est remplacé par un circuit de charge 27 à thyristors 29 dont le montage est en série, contreparallèle ou en combinaison quelconque. Le circuit 28 de résis tances terminales de point neutre, éventuellement prescrit pour des raisons de sécurité, peut être branché en parallèle au cir cuit de charge à thyristors 27. Un appareil de commande à thyristors, comprenant un groupe de réglage avec une partie redres seuse 30, un appareil de commande de la valeur nominale 32, un amplificateur différentiel 37, un circuit redresseur 33 commandé en synchronisme de rotation, et une commande par impulsions 31 qui commande le circuit de charge à t-hyristors 27 en blocage ou en passage, est branché parallèlement, en synchronisme de phase. Au moteur asynchrone à courant triphasé 1 est relié un générateur d'informations dont les informations sont transmises à un appareil de commande de la valeur effective 36 qui, en m & e temps, reçoit par l'intermédiaire d'un appareil de commande 34 des informations du capteur de mesure 35 disposé dans le circuit statorique. Les signaux desortie de l'appareil de commande de la valeur effective 36 sont transmis à l'amplificateur différentiel 37. Le frein à action mécanique 38 est actionné par un aimant de freinage 10 réglable dynamiquement qui est relié au réseau dans le'circuit statorique par l'intermédiaire du contacteur 43 de l'appareillage de freinage 42 et des fusibles'45 ou directement par la ligne d'amenée de courant 44. Le contacteur 43 est actionné par un relais de surveillance 39 commandé directement, ou par un amplificateur de valeur de seuil 40 chronoréglable. Cette unité amplificatrice de commutation 38 est alimentée par le réseau par l'intermédiaire des fusibles 41. Lorsque le frein 8 est desserré le couple du moteur asynchrone à courant triphasé 1 est déterminé, en fonction de la- charge, par l'intégrale de courant qui agit dans le circuit rotorique et qui peut être modi- fiée soit en continu par le circuit de charge à thyristors 27 commandé par impulsions, dans le rapport effectif "couple moteur requis/couple moteur atteint", soit par paliérs par mise en et hors circuit de résistances de glissement 25.Si par suite d'influences extérieures le moment de charge au crochet 21 varie de façon telle que les valeurs limites de la gare de réglage admissibles et préréglées pour le mécanisme de levage (moment de charge, vitesse de levage, etc.) se trouvent dépassées en plus ou en moins, la tension de sortie de l'amplificateur différentiel 37, influencée -au primaire par l'appareil de commande de la valeur effective 36 (comportement du couple moteur, comportement de la charge de courant), commande l'appareil de surveillance 38 de fa çon telle que le frein 8 devient actif avec un moment de force réglé ou noji. En cas d'accélération négative maximale (par exemple lors d'un freinage d'urgence), l'arrivée de courant au moteur asynchrone à courant triphasé est coupée avec temporisation, en service à recouvrement, de sorte que par exemple lors de l'abaissement d'une charge le contre-couple moteur est exploité au maximum avec raccourcissement du temps de freinage. L'appareillage de sécurité selon l'invention est égale ment efficace même lorsque le mécanisme de levage est-utilisé avec le circuit rotorique du moteur 1 en court-circuit par le relais 26. De même, la disposition préférentielle du générateur ou transformateur d'informations 12 sur les arbres 6 et 17 du réducteur assure un contrôle automatique de la prise du réduc teur, c'est-à-dire de ltembrayage. En même temps, cet appareil lage de sécurité assure une surveillance constante des phases de courant et des composants et provoque automatiquement un freinage d'urgence en cas de dérangement. Dans une forme d'exécution perfectionnée de l'invention le générateur d'informations 12 est équipé d'un appareillage de contrôle de fonctionnement et de survitesse dont les signaux sont utilisables, dans la cabine de l'opérateur, par un appareillage optique ou acoustique de contrôle (vitesse de rotation, couple moteur, position de la charge, etc.). La fig. 3 est un graphique à titre d'exemple de la tension de sortie de l'amplificateur différentiel, tension qui commande le circuit de charge à thyristors 27 avec l'amplitude 46 lors de la descente, avec l'amplitude 47 lors de la montée, et ainsi commande l'allure du couple moteur du moteur asynchrone à courant triphasé 1, par l'intermédiaire de l'intégrale de courant effective. La zone de surcharge pouvant être atteinte avec un mécanisme de levage muni d'un appareillage de sécurité selon l'invention est représentée par la plage 49 pour la descente, par la plage 51 pour la montée, ces surfaces étant délimitées par l'amplitude de freinage d'urgence 48 ou 50 respectivement. En cas de défaillance d'une phase de courant ou d'un composant, il se produit aussitôt un freinage d'urgence dans la zone des amplitudes 53 avec la valeur limite 52. Au graphique de marche selon la fig. 4 donné à titre d'exemple, la vitesse v de fonctionnement sous charge est représentée en fonction de la position de l'interrupteur de commande et du volume de réglage, à gauche pour la montée, à droite pour la descente. Les courbes caractéristiques 55 et 57 correspondent à un mécanisme de levage sans appareillage de sécurité. Par contre, les courbes 56 et 58 caractérisent l'allure de fonctionnement d'un mécanisme de levage muni d'un appareillage de sécurité selon l'invention. L'allure de fonctionnement considérablement améliorée du point de vue dynamique et la caractéristique de surcharge obtenue sont illustrées par les plages 54 et 59 respectivement. REVENDICATIONS 1.- Appareillage de sécurité pour engins de levage, remarquable en ce qu'un générateur ou transformateur d'informations disposé en un point quelconque du mécanisme de levage, relié à celui-ci par friction ou en synchronisme de rotation, contrôle l'allure de la vitesse de rotation du mécanisme de levage, tandis qu'un capteur de mesure actif ou passif disposé dans le circuit statorique contrôle l'allure de la charge de courant du moteur asynchrone à courant triphasé, de façon que par leurs valeurs de sortie d'impulsions, de tension, de courant ou de fréquence et par les valeurs de sortie digitales ou analogiques fournies par un appareil de commande de la valeur nominale manuel, télécommandé ou à programme, cet appareillage commande au moyen d'un amplificateur différentiel ou d'un appareillage formant des signaux différentiels le circuit de charge à thyristors ou régulateur disposé en connexion active quelconque dans le circuit rotorique du moteur asynchrone à courant triphasé et surveille constamment l'allure du couple moteur du mécanisme de levage, tandis que lorsque les valeurs limites sont dépassées en plus ou en moins, un amplificateur de commutation réglable branché à la suite provoque l'arrêt du mécanisme de levage au moyen d'un appareillage de freinage, réglé ou non réglé dynamiquement, de conception quelconque, et d'éléments de commutation. 2.- Appareillage de sécurité selon la revendication 1, remarquable en ce que l'amplificateur de commutation agit d'une façon variable dans le temps; et en ce que le relais de surveillance est commandé sans amplificateur de commutation directement par l'amplificateur différentiel. 3.-- Appareillage de sécurité selon les revendications 1 et 2, remarquable en ce que l'action du frein est commandée dynamiquement par l'intermédiaire d'un aimant de freinage, et en ce que l'appareillage de freinage, constitué par un appareillage à frein régulateur ou à friction de conception quelconque, est commandé par l'intermédiaire du régulateur à thyristors. 4.- Appareillage de sécurité selon les revendications 1, 2 et 3, remarquable en ce que le générateur ou transformateur d'informations est disposé sur l'arbre de freinage du réducteur en étant relié à cet arbre de préférence par l'action d'une force, 'ou en ce que ce générateur ou transformateur est affecté aux autres arbres du réducteur sous l'action d'une force ou par dérou liement au cible de levage. 5.- Appareillage de sécurité selon l'une quelconque des revendications précédentes, remarquable en ce que le générateur ou transformateur d'informations est affecté en tant qu'élément actif électriquement, mécaniquement, magnétiquement, optiquement ou chimiquement, au mécanisme de levage ou au circuit rotorique du moteur asynchrone, tandis que le capteur de mesure actif ou passif est disposé, en tant qu'élément actif électriquement, mécaniquement, magnétiquement, optiquement ou chimiquement, dans le circuit d'amenée de courant ou dans le circuit statorique dudit moteur, et que l'appareillage de sécurité est commandé simultanélent par un appareillage de surveillance de l'allure de la charge de courant ou par un appareillage de surveillance de l'allure de la vitesse de rotation. 6.- Appareillage de sécurité selon l'une quelconque des revendications précédentes, remarquable en ce que l'appareillage de freinage répond en cas de défaillance d'une ou plusieurs phases du courant ou d'un composant quelconque, l'effet de freinage ayant lieu avant mise hors circuit du groupe moteur (fonctionnement à recouvrement). 7.- Appareillage de sécurité selon l'une quelconque des revendications précédentes, remarquable en ce que le circuit de charge à thyristors est exploré par impulsions par l'intermédiaire d'un circuit redresseur commandé en synchronisme de rotation, et en ce que cet appareillage est utilisable avec tous les modes de fonctionnement fixes, à commutation étagée ou à réglage progressif, coortant un moteur asynchrone à courant triphasé, dans le circuit rotorique, dans le circuit statorique ou dans les deux, et également avec un mode de fonctionnement par intervalles (service par temps courts ou par impulsions). 8.- Appareillage de sécurité selon l'une quelconque des revendications précédentes, remarquable en ce que le groupe moteur, le réducteur et les embrayages sont contrôlés du point de vue de la liaison par effet d'une force. 9.- Appareillage de sécurité selon l'une quelconque des revendications précédentes,remarquable en ce que le générateur d'informations actif est muni d'un appareillage de contrôle de fonctionnement et de survitesse, les signaux de ce générateur Qu du transformateur d'informations étant otilìsés pour un appareillOge de contrôle optique ou acoustique disposé dans la cabine de lopFrateur.