Brevet FR2088462A1 — publié le 19720107

L1invention concerne un procédé et un dispositif pour supprimer les mouvements pendulaires d'une charge suspendue à un câble et déplacée au moyen d'un chariot à treuil muni d'un mécanisme de translation à vitesse réglable. 5 Dans les installations de chargement comprenant un chariot à treuil auquel la charge à transporter est suspendue à l'aide d'un câble, l'accélération et la décélération du chariot donnent lieu à des mouvements pendulaires de la charge. Il est vrai qu'un grutier expérimenté peut contrôler ces mouvements 10 pendulaires de la charge par des manoeuvres habiles; toutefois, le pouvoir de concentration du grutier se relâche rapidement aux vitesses de translation élevées, de sorte que la capacité de l'installation ne peut pas être pleinement utilisée. Pour amortir les oscillations pendulaires d'un câble 15 de charge dans les engins de levage, il est connu de détecter la grandeur et le sens de l'angle d'oscillation à l'aide d'éléments palpeurs et d'appliquer au régulateur de vitesse du mécanisme de translation de l'engin de levage une valeur de correction proportionnelle à la grandeur et au sens de l'angle d'oscillation 20 (brevet autrichien n° 232.687). On connaît, en outre, un dispositif pour stabiliser une charge suspendue à un chariot à treuil, dispositif où le chariot est accéléré en deux étapes jusqu'à la vitesse finale ou décéléré en deux étapes jusqu'à l'arrêt. Ici, le chariot est 25 accéléré ou décéléré à la moitié de la vitesse finale pendant la première étape,tandis que, dans la seconde étape, sa vitesse est amenée à -la valeur finale par une nouvelle accélération ou décélération, aussitôt que la charge a atteint le même angle d'oscillation et la même vitesse angulaire, mais en sens opposé, qu'à la 30 fin de la première étape.Pour un trajet déterminé, qui est fonction de l'amplitude de l'oscillation pendulaire, ou pour un multiple de ce trajet, le chariot à treuil peut être accéléré, avec une accélération maximale, jusqu'à la vitesse nominale, de telle manière qu'à la fin de l'accélération, la charge est en retard de 35 l'angle d'oscillation, après quoi le chariot peut avancer à la vitesse nominale, jusqu'à ce que la charge atteigne le même angle d'oscillation, mais de sens opposé, pour une même vitesse angulaire, qu'à la fin de la période d'accélération, et peut être immobilisé à cet instant avec une décélération maximale corres-40 pondant à l'accélération. Il s'ensuit que, dans les deux cas, 71 16683 2 2088462 l'angle d'oscillation et la vitesse angulaire doivent être observés ou être mesurés. En outre, l'accélération et/ou la décélération du chariot à treuil en deux étapes présentent l'inconvénient de ne pas permettre d'utiliser pleinement la capacité 5 du mécanisme de translation du chariot aux vitesses élevées, usuelles actuellement. Le second procédé présente l'inconvénient que la charge ne peut pas être amenée à s'immobiliser en un point de destination prédéterminé, car il faut chaque fois attendre que l'angle d'oscillation correspondant à l'immobilisation 10 du chariot ait atteint la même grandeur qu'à la fin du trajet d'accélération (brevet R.F.A. n° 1.172.413); Suivant un autre mode de réalisation connu, et afin d'éviter un dispositif mesurant l'angle de déviation du câble de charge, l'angle de déviation est obtenn indirectement, à l'aide 15 d'un circuit de calcul, à partir de valeurs mesurées d'une équation de mouvement valable dans le système donné (R.F.A. n° 1.287.079). L'invention vise à faire en sorte qu'une charge suspendue à un chariot à treuil au moyen d'un câble de longueur 20 quelconque puisse, avec une vitesse de transbordement maximale, et sans que l'on connaisse ni calcule l'angle d'oscillation et la vitesse angulaire, être déposée en n'importe quel point de destination, sans être soumise à des oscillations pendulaires. Suivant l'invention, ce but est atteint par le fait qu'on adapte chaque 25 fois au trajet parcouru par le chariot, moyennant un choix approprié de la vitesse de translation, la période, rapportée à une longueur de câble moyenne, de l'oscillation pendulaire, ou un multiple entier de cette période, et qu'on accélère, dans le premier quart de la première période, le mécanisme de translation 30 du chariot, avec une accélération maximale, jusqu'à la vitesse choisie, tandis qu'on freine, dans le dernier quart de la première période ou d'une des périodes suivantes éventuelles, ce mécanisme de translation avec une décélération correspondant à l'accélération maximale, jusqu'à l'arrêt. 35 Pour la mise en oeuvre automatique de ce procédé dans le cas d'un chariot à treuil dont le mécanisme de translation comprend un régulateur de parcours avec capteur d'accélération, superposé à un régulateur de vitesse, on prévoit un montage électronique aux entrées duquel sont appliquées la valeur prescrite . 40 considérée du parcours et une grandeur proportionnelle à la Ion- 71 16683 5 2088462 gueur du câble, tandis qu'à sa sortie apparaît une valeur qui est proportionnelle au nombre de périodes, qui est la résultante des grandeurs d'entrée avec l'accélération maximale prédéterminée et la vitesse nominale, et qui limite le capteur d'accélération 5 de telle manière que le point zéro pour la vitesse du chariot coïncide, au point de destination, avec le point zéro d'une période entière de l'oscillation pendulaire. Le montage électronique comprend de préférence un amplificateur opérationnel, dans le canal de contre-réaction duquel sont branchés un multiplicateur 10 et vin avertisseur de limite et qui calcule la valeur appliquée au capteur d'accélération, en utilisant la formule v^ -b . t . max z v+b . s = 0, l'avertisseur de limite calculant, à partir de la IHdJv valeur prescrite du parcours et de la longueur du câble, le temps (t ) correspondant à la valeur, représentée par un nombre entier, 15 de la ou des périodes. Une autre particularité de l'invention consiste dans le fait que, pendant une demi-période, rapportée à une longueur de câble moyenne, de l'oscillation pendulaire dynamique, qui correspond à une double période de l'oscillation pendulaire statique, 20 on accélère le mécanisme de translation du chariot de façon linéaire jusqu'à une vitesse qui est adaptée au trajet effectué par le chariot et qui est éventuellement maintenue, tandis que, pendant une période dynamique suivante, rapportée à la valeur moyenne des longueurs de câble à considérer à ce moment, on décé-25 1ère ce mécanisme de translation de façon linéaire, jusqu'à l'immobilisation. Pour permettre la mise en oeuvre automatique de ce procédé dans le cas d'un chariot à treuil dont le mécanisme de translation comprend un régulateur de trajet avec capteur d'accélération, superposé au régulateur de vitesse, le signal de 30 sortie d'un bloc diviseur, aux entrées duquel sont appliquées la valeur prescrite du trajet et une grandeur proportionnelle à la longueur du câble, est appliqué à un multiplicateur branché dans le canal de contre-réaction du régulateur de trajet et au capteur d'accélération, et il est prévu un amplificateur opérationnel qui 35 est également subordonné à la grandeur proportionnelle à la longuetr du câble et dont le signal de sortie règle le temps d'accélération du capteur d'accélération. La grandeur de sortie tant du bloc diviseur que de l'amplificateur opérationnel est proportionnelle à la valeur 4 tc Ts/Jè,. 40 L'invention sera décrite ci-après d'une manière plus 71 16683 4 2088462 détaillée, en se référant au dessin annexé. Sur la figure 1, on a représenté le moteur d'entraînement 1 du mécanisme de translation d'un chariot à treuil, moteur qui est relié à un étage de puissance 2, par exemple un 5 appareil à thyristors. L'étage de puissance est piloté par un régulateur de vitesse 3 auquel est superposé un régulateur de trajet 4 avec capteur d'accélération 5> Au moteur d'entraînement 1 sont accouplés, par exemple, une dynamo tachymétrique 6 destinée à fournir la valeur effective de la vitesse,et un générateur 10 d'impulsions 7 suivi d'un convertisseur numérique analogique 8 destiné à fournir la valeur effective du parcours. Avec ce système et lorsqu'il s^agit d'un service continu, par exemple lors du déchargement de navires, le grutier affiche au régulateur de parcours, en tant que valeur prescrite, le parcours à effectuer 15 chaque fois par le chariot à treuil. Pour permettre l'affichage de la valeur prescrite du parcours, on peut prévoir, par exemple, un levier de manoeuvre ou un clavier 15 dont chaque touche est affectée à une course prédéterminée. Le capteur d'accélération 5 est avantageusement dimensionné de telle façon que le régulateur 20 de vitesse amène le moteur de commande avec l'accélération maximale à la vitesse nominale. A la suite du démarrage du chariot à treuil, la charge qui y est suspendue à l'aide d'un câble se voit imprimer des oscillations pendulaires dont la durée d'oscillation T est égale à 25 2 .YîTg (oscillation pendulaire statique). Comme la longueur 1. du câble est sous la racine, il suffit, pour calculer la durée d'oscillation, de remplacer 1^ par une valeur moyenne. Pour que le processus de mise en marche fixé par le régulateur de parcours puisse produire 1'amotissement optimal de l'oscillation pendulaire 30 à la position de destination, il faut que les conditions suivantes soient remplies : La durée du trajet effectué par le chariot à treuil doit coïncider avec la durée d'une période de l'oscillation pendulaire ou avec un multiple entier de cette période, la force qui 35 amortit l'oscillation doit correspondre à la force qui produit cette oscillation; l'accélération du chariot doit être achevée dans le premier quart de la première période (temps d'accélération 71 16683 5 2088462 Il est vrai que si, pendant la durée restante d'une ou de plusieurs périodes, le chariot roule à une vitesse constante, la charge exécute des oscillations pendulaires libres;ses oscillations sont cependant amorties jusqu'à zéro à la fin du 5 parcours, Pour tirer parti de la pleine puissance disponible, il est avantageux d'accélérer le mécanisme de translation au maximum. La longueur de câble moyenne requise pour adapter le parcours à effectuer par le chariot à la période, de même que la valeur prescrite du parcours considéré, sont connues. Il suffit donc 10 d'indiquer au grutier la vitesse de translation qui doit être atteinte, compte tenu du parcours à effectuer. Pour obtenir l'automatisation du procédé, et conformément à la figure 1, on applique au capteur d'accélération 5 un signal qui limite le temps d'accélération de ce capteur en fonc-15 tion de la longueur donnée du câble et de la valeur prescrite donnée du parcours. Pour produire ce signal, on prévoit ion montage électronique constitué par un amplificateur opérationnel 9, un multiplicateur 10 et un avertisseur limite 11. Le multiplicateur 10 et l'avertisseur de limite 11 sont montés dans le canal de 20 contre-réaction de l'amplificateur opérationnel. La valeur prescrite s* du parcours est appliquée à l'amplificateur opérationnel et à l'avertisseur de limite, ce dernier recevant, en outre, la longueur 1 du câble. L'avertisseur de limite forme, à partir de la valeur prescrite du parcours, ainsi que de la longueur du câble, 25 et en tenant compte de l'accélération affichée, le temps t„ qui correspond à une valeur de période représentant un nombre entier. Le multiplicateur 10 fournit un signal qui est proportionnel à la vitesse de translation v et qui est comparé, à l'entrée de l'amplificateur opérationnel, avec la valeur prescrite du parcours. Ce 30 signal possède la grandeur v . (v - b. t„). L'amplificateur opéra- P * tionnel fonctionne d'après la formule v - b. t . v + b.s = 0. Le montage suivant la figure 1 convient à des trajets qui doivent être parcourus en un temps qui correspond au moins à une période. 35 La figure 2 représente un montage particulièrement favorable pour l'amortissement d'oscillations pendulaires, qui permet une translation sur des parcours plus longs que ceux qui correspondent à deux périodes de l'oscillation statique, avec une vitesse constante et sans que se manifestent des oscillations 40 pendulaires. Le montage de base correspond à celui représenté sur 71 16683 6 2088462 la figure 1 sauf que, sur la figure 2, le montage électronique agit ici sur le régulateur de parcours et le capteur d'accélération. On n'a donc montré sur la figure 2 que le régulateur de parcours et le capteur d'accélération du montage de base. Ici 5 également, on a supposé qu'il s'agit de parcourir des trajets de longueurs différentes avec diverses longueurs de câble. Comme dans l'exemple d'exécution décrit à propos de la figure 1, la valeur prescrite du parcours et la longueur du câble sont données. Ainsi qu'il a été exposé à propos de la figure 1, 10 l'angle d'oscillation et la vitesse angulaire sont égaux à zéro lorsque, dans le dernier quart d'une période, la force engendrée pour amortir le mouvement pendulaire est égale à celle qui suscite l'oscillation pendulaire dans le premier quart de la période. Lors que l'accélération du mécanisme de translation du chariot est 15 maintenue sur une pleine période de l'oscillation statique, l'angle d'oscillation et l'accélération angulaire sont également égaux à zéro à la fin de la période. Lorsque, à partir de ce moment, le chariot continue sa translation à une vitesse constante, le système pendulaire demeure au repos, abstraction faite de 20 l'effet de la résistance de l'air. L'oscillation, qui s'amorce à nouveau par le freinage du chariot, est compensée par le fait que la décélération de freinage s'exerce également pendant la durée d'une période de l'oscillation statique. Dans ce cas, le système pendulaire atteint de nouveau tout juste sa position de repos au 25 point de destination. Lorsque le parcours SB qui doit être effectué par le chariot correspond tout juste à deux périodes de l'oscillation statique, on obtient une oscillation dynamique, dans la première demi-période de laquelle le chariot est accéléré et dans la seconde demi-période le chariot est décéléré. La valeur Sg 30 résulte du produit de la durée minimale ^zm^n du cycle par la vitesse maximale v . ce qui donne S- = 1/2. v t . . Ici, max D mâiX zmxn tzmin = 4 7( ."""N/l/g. Lorsque le parcours à effectuer par le chariot est inférieur à la durée d'une période de l'oscillation dynamique, pour une accélération maximale et une décélération maximale 35 le chariot doit être accéléré, à une allure moindre, jusqu'à une vitesse v inférieure à la vitesse nominale, et doit être immobilisé avec une décélération réduite en conséquence. Cette vitesse v est calculée à partir du parcours s à effectuer et de la durée minimale tzmin du cycle, ce qui donne v = 2 s/t ^ . 7116683 7 2080462 Suivant le schéma fonctionnel représenté sur la figure 2, on a adjoint au régulateur de parcours et au capteur d'accélération un montage électronique qui comporte un multiplicateur 12 branché dans le canal de contre-réaction du régulateur de parcours, 5 un bloc diviseur 13 ainsi qu'un amplificateur opérationnel 14. Au bloc diviseur 13 sont appliquées la valeur prescrite du parcours et une grandeur proportionnelle à la longueur du câble, tandis qu'à l'amplificateur opérationnel est appliquée seulement la grandeur proportionnelle à la longueur du câble. La sortie du bloc D diviseur est connectée à une entrée du multiplicateur 12 et à une entrée du capteur d'accélération 5- Le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel 14, qui est en outre appliqué au capteur d'accélération, modifie le temps d'accélération de ce capteur. Le signal de sortie du bloc diviseur et le signal de sortie de l'am--*-5 plificateur opérationnel 14 sont proportionnels à la valeur 4 7C • Vï/e- 71 16683 8 2088462 REVENDICATIONS 1. Procédé pour supprimer les mouvements pendulaires d'une charge suspendue par vin câble à un chariot à treuil muni d'un mécanisme de translation à vitesse réglable, caractérisé par le 5 fait qu'on adapte chaque fois au trajet parcouru par le chariot moyennant un choix approprié de la vitesse de translation la période, rapportée à une longueur de câble moyenne, de l'oscillation pendulaire, ou un multiple entier de cette période, et qu'on accélère, dans le premier quart de la première période, le méca-10 nisme de translation du chariot à treuil avec une accélération maximale, jusqu'à la vitesse choisie, tandis qu'on freine, dans le dernier quart de la première période ou d'une des périodes suivantes éventuelles, ce mécanisme de translation avec une décélération correspondant à l'accélération maximale, jusqu'à 15 l'immobilisation. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre automatique du procédé suivant la revendication 1, comprenant un régulateur de parcours avec capteur d'accélération, superposé au régulateur de vitesse du mécanisme de translation du chariot à treuil, caracté- 20 risé par un montage électronique aux entrées duquel sont appliquées la valeur prescrite considérée du parcours et une grandeur proportionnelle à la longueur du câble, tandis qu'à sa sortie apparaît une valeur qui est proportionnelle au nombre de périodes, qui est la résultante des grandeurs d'entrée avec l'accélération 25 affichée, de préférence maximale, et avec la vitesse nominale, et qui limite le capteur d'accélération de telle manière que le point zéro pour la vitesse du chariot coïncide, au point de destination, avec le point zéro d'une période entière de l'oscillation pendulaire. 30 3- Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le montage électronique comprend un amplificateur opérationnel dans le canal de contre-réaction duquel sont branchés un multiplicateur et un avertisseur de limite et qui calcule la valeur appliquée au capteur d'accélération, en utilisant la 2 35 formule v - bmQv .t .v + b,„v . s = 0, cependant que 1 avertis- mdx zj max seur de limite calcule, à partir de la valeur prescrite du parcours et de la longueur du câble, le temps (temps t^ du cycle) correspondant à la valeur, représentée par un nombre entier, de la ou des périodes. 71 16683 9 2C88462 4. Procédé pour supprimer les mouvements pendulaires d'une charge suspendue par un câble à m chariot à treuil muni d'un mécanisme de translation à vitesse réglable, caractérisé par le fait que pendant une demi-période, rapportée à une longueur 5 de câble moyenne, de l'oscillation pendulaire dynamique, qui correspond à une double période de l'oscillation pendulaire statique, on accélère linéairement le mécanisme de translation du chariot jusqu'à une vitesse qui est adaptée au trajet effectué par le chariot et qui est éventuellement maintenue, tandis que, 10 pendant une période dynamique suivante, rapportée à la valeur moyenne des longueurs de câble à considérer à ce moment, on décéléré linéairement le chariot, jusqu'à l'immobilisation. 5. Dispositif pour la mise en oeuvre automatique du procédé suivant la revendication 4, comprenant un régulateur 15 de parcours avec un capteur d'accélération, superposé au régulateur de vitesse, caractérisé par le fait que le signal de sortie d'un bloc diviseur aux entrées duquel sont appliquées la valeur prescrite du trajet et une grandeur proportionnelle à la longueur du câble, est appliqué à un multiplicateur branché dans le canal 20 de contre-réaction du régulateur de trajet et au capteur d'accélération, et qu'il est prévu un amplificateur opérationnel, également subordonné à la grandeur proportionnelle à la longueur du câble, dont le signal de sortie règle le temps d'accélération du capteur d'accélération. 25 6. Dispositif suivant la revendication 5, caracté risé en ce que la grandeur de sortie tant du bloc diviseur que de l'amplificateur opérationnel est proportionnelle à la valeur *1(. Vvi.