Brevet FR2124244A1 — publié le 19720922

La présente invention se rapporte à une grue à tour qui comprend un socle, un pylône dressé sur ce socle, une flèche articulée à l'extrémité supérieure du pylône ou dans le voisinage de cette extrémité supérieure, un mécanisme à câble 5 de réglage de la flèche, destiné à régler l'angle d'inclinaison de la flèche, un mécanisme à câble de levage de la charge, et un dispositif de limitation de la charge, qui travaille en fonction de la portée horizontale de la flèche, et qui détermine une réduction progressive de la capacité maximale de char- 10 ge (ou charge levable maximale) du mécanisme de levage à câble avec l'accroissement de la portée. On connaît déjà des grues à tour de ce type de construction dans la technique antérieure. Dans les grues à tour déjà connues, la bourbe ImQV.(a) tus x 15 c'est-à-dire la courbe qui représente l'allure de variation de la capacité de charge maximale en fonction de la portée horizontale de la flèche présente une forme courbe, qui résulte de la relation : L -a = constante. max 20 la forme de cette courbe a un fondement historique en ce sens que, dans les débuts de la construction des grues à tour, et encore aujourd'hui dans le cas des petites grues à tour, le lest indispensable pour la stabilité du pylône était essentiellement déterminé par la valeur de moment de la charge 25 \iax*a* 0n a cons^ammen't cherché à donner au lest une valeur correspondant à la moitié de la valeur du moment Lmay.a, afin que le moment de basculement qui s'exerce sur la grue ne devienne jamais supérieur à i_QV..a ni dans un sens ni dans l'au- in ci a tre. 30 Avec l'accroissement de la hauteur des bâtiments, les grues à tour sont également devenues de plus en plus grandes ; dans ces constructions, on a toujours conservé les anciens dispositifs de limitation de la charge, dont le fonctionnement est basé sur la relation ImQ_ a = constante. Toutefois, dans TTISa • 35 les grues à tour modernes de grande hauteur, la stabilité de la grue n'est plus déterminée en premier lieu par le moment 1 a mais, au contraire par d'autres facteurs, notamment par max. 72 01730 2 2124244 les moments qui résultent des forces du vent qui agissent sur le pylône et/ou la flèche de la grue. Pour tenir compte des efforts du vent, la grue doit comporter un lest central qui assure sans difficulté la stabilité de la grue à l1encontre du 5 moment LmqY.at qui est de toute fççon limité par les contraintes exercées dans le métal du pylône de la grue. (On part en ce cas du principe consistant en ce que, dans le cas des conditions de vent extrêmes, la grue ne doit pas travailler, de sorte qu'il n'y a pas lieu de craindre que les moments de bas-10 culement résultant des efforts du vent ne s'ajoutent à ceux qui résultent de la charge utile. Les considérations ci-dessus qui, à la connaissance de la demanderesse sont présentées pour la première fois dans le présent mémoire, ont conduit à reconnaître le fait que la 15 conservation de l'allure, basée sur la relation L „ .a = cons- max tante, de la courbe représentative de la charge maximale en fonction de la portée horizontale de la flèche, c'est-à-dire, exprimé en termes de construction, la conservantion des dispositifs de limitation de la charge dont le fonctionnement est 20 basé sur ces courbes, n'est plus en mesure d'assurer la stabilité des grues de grande hauteur. L'invention vise à équiper une grue à tour du type défini au début du présent mémoire, d'une façon qui, sans modifier sensiblement la dépense de construction, donne une allure 25 plus avantageuse à la courbe représentant la variation de la capacité de charge maximale en fonction de la portée de la flèche, c'est-à-dire une allure telle que, pour chaque portée, la capacité de charge maximale admise soit aussi grande que possible. » 30 Suivant l'invention, ce problème est résolu par le fait que la forme de la courbe L (a), c'est-à-dire l'allure de la variation de capacité de charge maximale en fonction de la portée horizontale est au moins approximativement linéaire, suivant la formule : 55 L max " ^Omax ~ k1* a' où : "k- max rePr©seni'e capacité de charge maximale, 72 01730 3 2124244 L0max rePr®sente la capacité de charge maximale correspondant à la portée minimale de la flèche, représente une constante de proportionalité, et a représente la portée horizontale de la flèche. 5 La forme linéaire donnée suivant l'invention à la courbe L mgx (a) conduit à admettre, dans la région intermédiaire comprise entre la portée minimale et la portée maximale des capacités de charge L plus grandes que si l'en respecte THcljÇ l'allure non linéaire, adoptée de la technique antérieure, et 10 qui correspond à la relation L m_„ . a = constante. Toutefois, ni3X on a constaté que l'accroissement du moment de charge, qui est dû à la plus grande capacité de charge dans la zone intermédiaire des valeurs de la portée n'est pas préjudiciable à la stabilité de la grue à tour, du fait que, pour résister aux 15 moments qu'on peut s'attendre à ce que la grue subisse du fait des efforts du vent, cette grue est équipée d'un lest central suffisamment grand. L'adoption d'une forme linéaire pour la courbe I"max(a) entraîne certes la nécessité de monter sur la partie supérieure 20 du socle un lest plus important que si l'on conservait la forme de courbe correspondant à la relation = constante, ceci afin de soulager du moment de basculement le pivot qui relie la partie supérieure du socle de la grue à la partie inférieure de ce socle, ou à la nécessité de calculer le pivot pour des mo-25 ments de basculement plus importants. Toutefois, cet inconvénient est petit, ainsi que l'expérience l'a montré, comparativement à l'avantage apporté, qui consiste dans l'allure plus avantageuse de la courbe Lmay(a). Un autre avantage de la réalisation suivant l'inven-30 tion est le suivant : les diagrammes des grues déjà connues, dans lesquels l'allure de la courbe Lm„ (a) n'est pas linéaire, ulclX sont relativement difficiles à lire et à exploiter ; en effet un tel diagramme ne comporte pas seulement une courbe L_„_(a), ulcLX mais un grand nombre de ces courbes correspondant respectivement 35 aux diverses longueurs de flèches possibles. C'est sur ces diagrammes que les entrepreneurs de bâtiment doivent travailler ; par exemple, lors de l'établissement d'un chantier, on doit 72 01730 4 2124244 déterminer à l'avance avec précision si une grue prévue au point de montage prévu et équipée d'une flèche donnée sera en mesure d'exécuter toutes les manoeuvres de levage qu'il y aura lieu d'exécuter pendant la construction, compte tenu 5 de la valeur des charges et des trajets que ces charges doi-ventdécrire. La linéarisation de la courbe qui est apportée par l'invention rend les diagrammes qui comportent ces courbes plus faciles à lire et plus simples à exploiter. Par ailleurs, on a constaté avec surprise que l'on 10 obtient les résultats suivants : Dans les grues à tour déjà connues, dans lesquelles la courbe I^nax(a) n'est pas linéaire, du fait qu'elle correspond à la relation Lm__.a = constante, les contraintes maxima- uIGIJC les admissibles pour le métal du pylône de la grue et/ou de la 15 flèche de cette grue ne sont exploitées que très incomplètement le long de cette courbe. On entend par cette expression le fait que les contraintes qui s'exercent dans le pylône et/ou la flèche de la grue ne correspondent à la contrainte admissible qu'en un point ou en quelques points de la longueur de la 20 courbe Lmax(a)* En dehors de ce point ou de ces points, ces contraintes sont au contraire très inférieures à la contrainte admissible. Par contre, on a constaté que, dans la forme de réalisation de la grue suivant l'invention, dans laquelle la courbe I>max(a) es^ ^e forme linéaire, on peut exploiter beau-25 coup mieux la contrainte admissible dans le pylône et/ou la flèche de la grue, au moins pour une certaine longueur de flèche. L'idéal serait naturellement de pouvoir utiliser entière-' ment la contrainte admissible dans le métal du pylône et/ou de la flèche de la grue sur toute la longueur de la courbe L (a) max 30 ou, en d'autres termes, d'obtenir pour la courbe des variations de la contrainte réelle en fonction de la porté horizontale de la flèche une droite horizontale. On a constaté que, en calculant convenablement la grue, on peut atteindre fréquemment ce résultat idéal en tout cas pour l'une des diverses longueurs de 35 flèches, dans la forme d'exécution de la grue suivant l'invention, qui comporte une courbe imax(a) horizontale. Ce calcul approprié de la grue est un problème de calcul qui est facile à 72 01730 5 2124244 résoudre dans l'état actuel de la technique des calculateurs électroniques, c'est-à-dire que ce calcul est sans difficulté à la portée de l'homme de l'art, dès que ce dernier connaît la condition à vérifier et qui est, suivant l'invention, que 5 la courbe I^nyCa) doit être linéaire. Suivant l'invention, la grue à tour peut être équipée au choix de flèches de différentes longueurs et le dispositif de limitation de la charge peut être commuté sur différentes longueurs de flèche, la forme de la courbe I^qT(a) étant liné-10 aire dans chaque position de la commutation. Par ailleurs, suivant l'invention, pour exploiter le résultat indiqué plus haut, les contraintes maximales qui s'exercent dans la flèche et/ou dans le pylône de la tour doivent correspondre au moins approximativement à la contrainte 15 admissible sur toute la longueur de la courbe, au moins pour l'une des longueurs de flèches possibles. On a constaté que cette dernière condition est remplie le plus facilement dans le cas des grues à flèches aiguille, dans lesquelles la flèche est articulée à une certaine 20 distance au-dessous de la pointe du pylône et/ou le câble de réglage de la flèche et le câble de levage de la charge passent sur la pointe du pylûne et éventuellement, auparavant sur une contre-flèche, avant d'atteindre la flèche aiguille. Pour répondre à la condition de la forme linéaire de 25 la courbe Lmqy(a) le dispositif de limitation de la charge peut être équipé d'un comparateur mécanique, qui compare une force de précontrainte qui est développée en fonction linéaire de la portée horizontale de la flèche, à une force exercée dans le câble de levage de la charge par la tension du câble, lorsque 30 les forces sont égales ou que cette dernière force est supérieure à la première, le comparateur émet un signal qui s'oppose au levage de la charge. Cette conception du dispositif de limitation peut être réalisée en principe de la façon suivante : la contre-35 flèche porte un interrupteur qui est actionné par un organe de commande, ce dernier étant monté sur une chape mobile portant une poulie de renvoi du câble de levage et cette chape est 72 01730 6 2124244 attaquée dans lé sens antagoniste, par la force de précontrainte de l'organe de commande de l'interrupteur. Dans cette construction, la force de précontrainte peut être produite par un ressort qui s'appuie, à son extrémité plus éloignée du point 5 d'attaque de la chape, sur une tringlerie sensiblement horizontale qui est elle-même reliée à un point de la flèche située en dehors du point d'articulation de cette flèche sur le pylône. La description qui va suivre, en référence aux dessins annexés, donnés surtout à titre d'exemple, fera mieux 10 comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces dessins, - la figure 1 est une vue en élévation d'une grue à tour dans laquelle le principe de l'invention peut être mis en oeuvre ; 15 - la figure 2 est une vue d'un dispositif de sécurité de surcharge prévu pour la grue à tour suivant la figure 1 ; - la figure 3 représente le diagramme de courbes L (a) établi pour une grue à tour de la technique antérieure, UIoa avec une famille de courbes correspondant à diverses flèches de 20 différentes longueurs ; - la figure 4- représente le diagramme de courbe I^ax (a) établi pour une grue à tour suivant l'invention ; - la figure 5 représente l'amélioration de la capacité de charge apportée par l'allure linéaire de la courbe 25 Lmax comparativement à l'allure non linéaire de la tech nique antérieure, cette amélioration étant représentée en pourcentage de la capacité de charge en fonction de l'angle d'in-■clinaison de la flèche ; - la figure 6 représente la variation de la contrain-30 te maximale exercée dans lemétal de. la flèche, en fonction de l'angle d'inclinaison de la flèche, dans les grues de la technique antérieure î - la figure 7 est un diagramme correspondant à celui de la figure 6 mais établi pour une grue à tour suivant l'in- 35 vention dans laquelle la courbe Lmay(a) est de forme linéaire ; - la figure 8 représente la variation des contraintes maximales exercées dans le métal du montant avant du pylône, en 72 01730 7 2124244 fonction de l'angle d'inclinaison de la flèche, dans le cas de la grue suivant l'invention ; - la figure 9 représente la variation des contraintes maxinales exercées dans le métal du montant arrière du pylône, 5 en fonction de l'angle d'inclinaison de la flèche,, Sur la figure 1, le socle de la grue est représenté dans son ensemble par la référence 10. Oe socle se compose d'une partie inférieure 12 montée sur roues ou équivalents et d'une partie supérieure 16 qui pivote sur cette partie infé-10 rieure 12, en tournant autour d'un axe vertical 14. Sur la partie supérieure du socle se dresse un pylône 18. Le pylône 18 possède une pointe 20. Une flèche aiguille 22 est articulée en 24 sur le pylône 18, à une certaine distance au-dessous de la pointe 20. Un mécanisme à câble 26 de réglage de la flèche 15 part d'un treuil 28 fixé à la partie supérieure 16 du socle de la grue et passe sur une poulie de renvoi de câble 30 portée par la contre-flèche 32, et une poulie de renvoi 34 portée par la pointe 20, pour se fixer à un point fixe 36 de la flèche aiguille 22. Un câble de levage 38 part d'un treuil 40 prévu 20 sur la partie supérieure du socle de la grue et passe sur une poulie de renvoi 42 montée sur la contre-flèche 32 ainsi que sur une poulie de renvoi 44 portée par la pointe 20 et, finalement sur une poulie de renvoi 46 portée par la pointe de la flèche, d'où il passe dans un crochet de charge 48, et de là, 25 aboutir à un point fixe 50 de la flèche aiguille 22. Le pylône 18 de la grue comprend un montant avant 52 et un montant arrière 54. Sur la figure 2, on retrouve la contre-flèche 32 et la poulie 30 de renvoi du câble. Cette poulie 30 est articulée 30 en 58 dans une chape 56 et elle porte un organe de commande 60, qui est placé en face d'un interrupteur 62. L'interrupteur 62 est fixé rigidement à la contre-flèche 62 par un bras 63. La chape 56 prend appui sur un ressort de compression hélicoîdal64 à cet effet, un bloc de guidage 66 articulé sur la chape 56 est 35 guidé sur une tige 68 qui sert également de guidage pour le ressort de compression 64. Ce ressort 64 prend appui, d'une part, sur le bloc de guidage 66 et, d'autre part, sur une em 72 01730 8 2124244 base 70 de la broche de guidage 68, laquelle est articulée en 74 sur la flèche aiguille 62 par l'intermédiaire d'une tringle 72. Il est visible que l'interrupteur 62 est actionné 5 lorsque la force résultante exercée par le câble de levage 38 sur la poulie 42 est égale au moment engendré sur la chape 56 par la force du ressort de précontrainte 64. Lorsque l'interrupteur 62 est manoeuvré, il transmet un signal à un coffret de relais 76 qui est relié au treuil 40 du câble de levage de 10 sorte que ce treuil est mis à l'arrêt. La distance séparant le point d'articulation 74 du point 24 d'articulation de la flèche est désigné sur la figure 2 par la référence h. L'angle d'inclinaison de la flèche est désigné par o( . 15 Afin de permettre à ce dispositif de s'adapter à différentes longueurs de flèches, la chape 56 peut être couplée au bloc 66 en différentes positions, grâce à la présence de plusieurs points d'embrochage de ce bloc sur cette chape. Sur la figure 3» on a représenté plusieurs courbes 20 auxquelles sont associés des pourcentages tels que 62,5 75 87,5 9° et 100 $. Le pourcentage 100 $ correspond à la longueur normale de la flèche, c'est-à-dire à une flèche dont la grue à tour est équipée dans sa version standard, et qui possède les possibilités d'utilisation les plus universelles. 25 Les indications 62,5 $,75 $ et 87»5 i° désignent des flèches plus courtes, dont la longueur correspond au pourcentage indiqué de la longueur de la flèche désignée par le pourcentage 100 . En abscisses, on a indiqué la portée horizontale de 30 la flèche aiguille 22 (voir figure 1). En ordonnées, on aporté la charge maximale qui peut être levée dans le cas de chacune des portées possibles, grâce à la forme de réalisation du dispositif de limitation de la charge. Il est visible que ces courbes présentent une allure 35 incurvée. Sur la figure 4, on a représenté les courbes I 72 01730 9 2124244 L'allure d'une courbe du diagramme de- la figure 4 peut être exprimée par l'équation : L _ =-L- __ - . a (I) max Omax 1 x Dans cette équation 5 L v désigne la charge maximale levable pour une uIqa portée donnée a ; L0maX désigne la charge levable maximale pour la portée horizontale a la plus faible (12,9 m dans le cas de la figure 3) ; 10 est une constante de proportionnalité ; a représente la portée horizontale suivant la figure 1. La relation liant la charge maximale à l'angle d'inclinaison de la flèche est exprimée par l'équation : 15 \ax ' Vax " k1 * 1 • 00B* (II) La force résultante exercée par le câble sur la poulie de renvoi 42 est directement proportionnelle à la charge suspendue au câble de levage 38. On obtient donc, pour la force exercée par le câble 20 sur la poulie de renvoi 42 qui correspond à la charge maximale HS«ax = *2 • W (ITI> et = K2 ' L0max ~ k2 * k1 * 1 * 003 ^ En rassemblant les constantes, on obtient pour la 25 force résultante exercée par le câble sur la poulie de renvoi 42 : RSmax = A ~ k4» cos Pour que la grue à tour corresponde effectivement à l'allure des courbes représentées sur la figure 4, il faut que 30 la force de précontrainte exercée sur le ressort de compression hélicoïdal 64 possède la même allure de variation que la force résultante exercée par câble sur la poulie de renvoi 42, c'est-à-dire que la force de précontrainte du ressort de compression 64 soit conforme à l'équation : 35 V = A - k^ . cosoc (Yl) 72 01/30 10 11 étant donné que cette équation peut être remplie avec la trin-glerie représentée sur la figure 2, il ressort ce qui suit : La force précontrainte du ressort de compression 64 est régie par l'équation : 5 V = Vmax - k5 . h . cos cX (VII) Dans cette équation, Vmax désigne la force de précontrainte maximale du ressort 64, qui s'exerce lorsque la flèche 22 prend sa position la plus relevée, désigne une constante de proportionnalité issue 10 des constantes du ressort, h représente la distance séparant les points d'articulation 24 et 74 et c Si l'on réunit les constantes, on déduit de l'équation (VII) = B - kg . cos o Il suffit donc de rendre la constante B = à la constante A et 20 la constante kg = à la constante k^, ce qui est une pure question de dimensionnement et a pour résultant de donner à la courbe Lfflaï(a) une allure linéaire comme représenté sur la figure 4. La figure 5 est tirée de la comparaison des figures 25 3 et 4 et montre l'accroissement de la charge levable pour différents angles d'inclinaison de la flèche, que l'on obtient en passant des courbes LTnaY(a) incurvées à des courbes linéaires suivant l'invention et plus précisément dans le cas de.la flcèhe 100 $ et de la flèche 87,5 $>. On voit sur cette figure 30 que l'accroissement de la charge maximale levable est très grand dans la région intermédiaire. Sur la figure 6, on a représenté les contraintes maximales qui se manifestent dans le métal, dans le cas de différentes flèches, lorsqu'on parcourt les courbes de la figu-35 re 3. On reconnaît sur cette figure que les contraintes réelles s'abaissent déjà nettement au-dessous des contraintes admissi 72 01730 11 2124244 bles dans la zone médiane de l'intervalle des angles d'inclinaison, dans le cas de la flèche 100 $ et encore davantage dans le cas des autres flèches. Sur la figure 7, on a représenté un diagramme corres pondant à la figure 7, et qu'on obtient dans le cas d'une courbe L_Q„ (a) suivant la figure 4. Il est visible que, dans IQaX le cas de la flèche 100 $, les contraintes maximales qui se manifestent réellement sont approximativement égales à la contrainte admissible sur tout l'intervalle des angles d'incli naison, c'est-à-dire que le métal utilisé dans la flèche est entièrement utilisé sur tout l'intervalle des angles d'inclinaison. Les figures 8 et 9 représentent respectivement ,les courbes de variation des contraintes maximales du métal du montant avant et du métal du montant arrière de pylône, obtenues en prenant pour bases la courbe Lmfly(a) suivant la figure 4. On ne dispose pas de valeurs de comparaison correspondant à une grue de la technique antérieure. 72 01/3U 12 2124244 REVENDICATIONS 1. Grue à tour comprenant un socle, un pylône dressé sur ce socle, une flèche articulée à l'extrémité supérieure du pylône ou dans le voisinage de cette extrémité supérieure, 5 un mécanisme à câble de réglage de la flèche destinée à régler l'angle d'inclinaison de la flèche, un mécanisme à câble de levage de la charge, et un dispositif de limitation de la charge, qui travaille en fonction de la portée horizontale de la flèche, et qui détermine une réduction 10 progressive de la capacité maximale de charge du mécanisme de levage à câble avec l'accroissement de la portée, cette grue étant caractérisée en ce que l'allure de la courbe \ax^a^' c'est-à-dire l'allure de la variation de la capacité de charge maximale en fonction de la portée horizon-15 taie est au moins approximativement linéaire, suivant la formule I^ax = LQmax - k, . a, où Lmax représente la capacité de charge maximale, Lgmax représente la capacité de charge maximale pour la portée minimale de la flèche, représente une constante de proportionnalité et, a désigne 20 la portée horizontale de la flèche. 2. G-rue à tour suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'elle peut être équipée sélectivement de flèches de différentes longueurs et en ce que le dispositif de limitation de la charge peut être commuté sur différentes longueurs de 25 flèches, la courbe I"max(a) étant au moins approximativement linéaire dans chacune des positions de commutation. 3. Grue à tôur suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle est calculée de manière que, pour au moins une longueur de flèche, les contraintes maximales 30 C~ qui s'exercent dans le métal de la flèche et/ou du max pylône correspondent au moins approximativement, et au moins pour une longueur de flèche, à la contrainte admissible sur tout l'intervalle des valeurs de la portée horizontale (a). 72 01730 13 2124244 4. Grue à tour suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle est constituée par une grue à flèche aiguille dont la flèche est articulée à un point situé à une certaine distance au-dessous de la pointe pylône, le 5 câble de réglage de la flèche et le levage de la charge passant sur la pointe du pylône et éventuellement, au préalable, sur une contre-flèche opposée à la flèche aiguille. 5. Grue à tour suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le dispositif de limitation de la charge 10 comprend un comparateur mécanique qui compare une force de précontrainte engendrée en fonction linéaire de la portée horizontale de la flèche à une force engendrée dans le câble de levage par la force du câble, et émet un signal d'interdiction de levage de la charge lorsque les deux 15 forces sont égales ou que la dernière force est supérieure à la première. 6. Grue à tour suivant la revendication 5» caractérisée en ce que la contre-flèche porte un interrupteur qui est actionné par un organe de commande de l'interrupteur, que cet organe 20 de commande est agencé sur une chape mobile portant une poulie de renvoi du câble de levage et que cette chape est attaquée par la force de précontrainte du dispositif de commande de l'interrupteur. 7. Grue à tour suivant la revendication 6, caractérisée en ce 25 que la force de précontrainte est produite par un ressort qui prend appui, à son extrémité la plus éloignée du point d'attaque du palier, sur une tringle sensiblement horizontale qui est reliée à un point de la flèche situé à l'extérieur par rapport au point d'articulation de cette flèche 30 sur le pylône.