Brevet FR2256101A1 — publié le 19750725

La présente invention concerne les grues télescopiques, ctest-à-dire celles dans lesquelles la flèche a une longueur variable ; elle a pour but la réalisation d'un dispositif de sécurité à la surcharge, capable d'interdire certaines manoeuvres de la grue lorsque la charge supportée en bout de flèche dépasse certaines limites. Des systèmes rudimentaires existent actuellement sur le marché, dans lesquels on affiche dans la cabine du conducteur de grue un tableau de charges admissibles comportant deux entrées au moins, telles que longueur de flèche et angle de la flèche avec l1horizontale- et une sortie telle que la charge maximum qu'on peut alors soulever en bout de flèche. Le conducteur de la grue doit alors se référer à ce tableau avant d'exécuter tout mouvement de levage de la charge, de levage de la flèche ou tension de la flèche. Il est certain que c1 est pour le conducteur une lourde sujétion, d'autant plus que le tableau est complexe et à deux entrées. En outre le conducteur ne dispose le plus souvent sur le chantier que de son estimation empirique pour déterminer la longueur de la flèche, la charge appliquée en bout de flèche et l'angle de la flèche avec l'horizontale. I1 a déåà été proposé d'afficher la longueur de la flèche par l'intermédiaire d'un enrouleur gradué se déroulant et s'enroulant lors de l'extension et la rentrée de.la flèche; on a aussi utilisé des dynamomètres en bout de flèche liés entre le câble de levage de la charge et le crochet de suspension, ces dynamomètres pouvant être lus directement à partir de la cabine de conduite de la grue. On dispose ainsi de valeurs d'entrée du tableau de charges admissibles plus précises qu'une estimation grossière. Cependant le conducteur reste lié à la contrainte d'une lecture fréquente de ce tableau. Enfin, en toute rigueur, pour que le système soit adapté à toutes les conditions de travail usuelles, il serait nécessaire d'avoir trois tableaux à deux entrées chacun - un tableau donnant l'angle minimum de la flèche avec l'horizontale en fonction de la longueur de la flèche et de la charge soulevée, - un tableau donnant la longueur maximum de la flèche en fonction de la charge soulevée et de l'angle de la flèche avec l'horizontale, - un tableau donnant la charge maximale admissible en bout de flèche en fonction de l'angle de la flèche et de sa longueur. Un tel système est bien entendu trop complexe pour être efficace, et le conducteur de la grue se fiera, en général, uniquement à son jugement pour effectuer ses manoeuvres, aggravant ainsi les risques d'accident sur le chantier. La présente invention propose de remédier à cette gave lacune dans la sécurité des grues télescopiques. L'idée mère de l'invention est d'abord de remplacer l'un des tableaux à deux entrées précédemment cités, par un tableau à une seule entrée représentative de ces deux entrées. En effet, si les deux entrées en question sont la charge P et la longueur L de la flèche, on peut estimer qu'il y aura surcharge pour un anglets de la flèche avec l'horizontale tel que le moment de la force P par rapport à l'axe d'articulation de la flèche sur le bâti dépasse une valeur admissible. Ce moment M est égal, avec certaines approximations, à PL cose et il y aura surcharge pour une valeur M max de ce moment. Dans la technique antérieure, on l'a vu, on repérait deux des trois valeurs P, L ou cosy et et on en déduisait la valeur maximum de la troisième pour ne pas dépasser le moment maximum M max- Selon la présente invention, on considère le fait que le moment M est aussi celui qui est dû à la force qu'il faut appliquer en un point de la flèche pour maintenir celle-ci à l'angles par rapport à l'horizontale. L'organe de levage de la flèche est par exemple un vérin prenant appui sur le bâti et appliquant une force F en un point fixe de la flèche à distante L' de l'articulation de la flèche sur le bâti, et le moment de cette force est M= FL' sine, si P est l'angle de la direction du vérin avec la flèche.Contrai remenà L qui est variable parce que la flèche est télescopique, L' est fixe ; ss peut varier légèrement mais ne dépend de toutes façon. que de ; on peut donc se limiter à une entrée dans le tableau de surcharge admissible :- par exemple, si on me sure &alpha; , on peut calculer la force F maximum ( Fmax) qu'il ne faut pas dépasser avant surcharge ; ou réciproquement, si on mesure F, on en déduira l'angle maximum max à ne pas dépasser. En définitive, selon la présente invention, on assure lasêcurité à la surcharge des grues télescopiques comportant un bâti, une flèche télescopique, un organe de levage de la flèche interposé entre le bâti et un point fixe de la flèche, et une charge en bout de flèche, par un procédé consistant dans les opérations suivantes On mesure l'anglei de la flèche avec une direction donnée, on mesure la force de levage F exercée audit point fixe par l'organe de levage, on établit une relation de sécurité à la surcharge pour une grue donnée donnant l'angle maximum&alpha;;max autorisé en fonction de la force exercée audit point fixe ou res pectivement l'inverse, c'est-à-dire la force maximum F que max l'on peut exercer sans dommage pour un anglek donné, On compareo(à max ou respectivement F à max et on autorise ou on interdit le mouvement de la flèche selon le résultat de la comparaison, quelle que soit la longueur de la flèche et le poids de la charge en bout de flèche. La description qui suit exposera plus en détail le procédé selon l'invention et un dispositif préférentiel mais non limitatif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Elle se réfère aux dessins annexés sur lesquels - la figure I est un schéma très simplifié d'une grue télescopique avec les forces appliquées en divers points ; - la figure 2 est un schéma électrique du circuit de commande d'interdiction ou d'autorisation des mouvements de la flèche ; - la figure 3 est un schéma hydraulique de commande de l'organe de montée et de descente de la flèche. Sur la figure 1 est représentée une grue télescopique comportant-un bâti horizontal 10, une flèche télescopique 12 ar ticulée à sa base par l'articulation 8, cette flèche étant ici représentée en deux éléments 14 et 16 et-l'élément 16 pouvant être sorti ou rentré télescopiquement dans l'élément 14, un ct- ble de levage 18 d'une charge 20, un crochet 22 à l'extrémité du câble pour suspendre la charge 20, un treuil 24 sur lequel s'enroule le câble 18 pour lever ou abaisser la charge 20, et un organe de levage 26 de la flèche 12. Cet organe de levage 26 est ici, pour fixer les idées, un vérin hydraulique commandé. Des moyens sont prévus pour sortir et rentrer l'élément télescopique 16. Tous les éléments décrits au paragraphe précédent sont bien connus dans la technique antérieure des grues télescopiques, ils ne sont décrits ici que sommairement pour placer dans le contexte souhaitable le dispositif de sécurité selon l'invention. Dans l'exemple choisi, le vérin hydraulique 26 de levage de la flèche prend appui d'un c8té sur le bâti 10 en une articulation 28, et de l'autre côté en unpointfixe articulé 30 de l'élément 14 de la flèche télescopique 12. La distance entre le point fixe articulé 30 et le point d'articulation 8 de la flèche est constante et égale à L'. La flèche 12 fait avec le bâti 10 supposé horizontal un angle la direction du piston du vérin 26 fait avec la direction de la flèche un angle P ; la portion de câble 18 située entre le treuil ?4 et l'extrémité de l'élément télescopique 16 fait avec la flèche un anglet cet anglet est toujours faible et sera considéré comme négligeable en première approximation. La longueur de la flèche est égale à L (variable par conséquent suivant que l'élément 16 est plus ou moins sorti). La charge 20 suspendue au crochet 22 exerce une force P verticalement à l'extrémité de l'élément télescopique 16 de la fleche 12. Le moment de cette force par rapport à l'articulation 6 de la flèche 12 est alors M : PL cosy(. En fait, ce qui compte c'est le moment de la résultan- te des forces appliquées en bout de flèche, égal au précédent si l'angleest nul. Il est évident que si l'anglet est non nul, ce moment est M = PL (cos&alpha; -sin&gamma;). On peut estimer qu'il y a surcharge si ce moment est supérieur à une valeur maximale choisie et égale à Mmaxfonctiondq(. Si on inclut le poids de la flèche, ce moment se retrouve au point d'application 30 du vérin articulé en ce point puisque ce vérin seul soutient la flèche. Si ce vérin exerce une force F dans la direction de son piston, lue moment de cette force qui équilibre le moment M et est donc égal à ce dernier est M = L'F sin t . Pour une grue donnée, varie de façon déterminée avec d ; sauf pour très faible, P est d'ailleurs souvent pratiquement constant lorsque varie. L' est une longueur fixe, le moment M est donc directement lié à F et il y aura surcharge si F dépasse une certaine valeur Fmax dépendant uniquement de l'angle t donc pratiquement constante ou dépendant de&alpha; d'une manière connue pour une grue donnée. F max est donnée pafi la relation Fmax = max L' sinue qui constitue une relation de sécurité à la surcharge. Selon l'invention, on va donc disposer sur le vérin 26 un capteur de force destiné à mesurer la force F et la comparer à une valeur déterminée Mmax(&alpha;) pour en déduire une interdiction L'sin ss ou une autorisation au mouvement de la flèche. Le capteur de force est ici un, capteur de pression disposé dans le circuit hydraulique d'alimentation du vérin 26 représenté à titre d'exemple à la figure 3. Ce capteur de pression est désigné par la référence 32 sur les figures 2 et 3. Un capteur de l'angleN constitué par un potentiomètre 34 dont le bottier est solidaire de la flèche 12 et le curseur 36 solidaire du bâti 10, alimenté par une tension électrique continue, fournit à son curseur une tension électrique E proportionnelle à &alpha;, notée E (&alpha;). Le cas général à envisager est celui ou sin ss est une fonction de &alpha; qu'on notera s(&alpha;) ci-après Le capteur de pression 32 fournit une tension électrique E' fonction connue de la force F et notée E' (F). La tension E'(F) et la tension E (&alpha;) sont amplifiées par des amplificateurs opérationnels respectifs 38 et 40 dont le gain est déterminé par les rapports des résistances R2/R1 et R4/R3 ; R1 et R2 d'une part, et R3 et R4 d'autre part, ont chacune une borne connectée selon un montage classique à la borne "-" d'entrée de chaque amplificateur 38 et 40. L'autre borne de R1et R3 est à la masse. L'autre borne de R2 ou R4 est respecti yement connectée à la sortie de l'amplificateur opérationnel 38 ou 40. Les sorties des amplificateurs opérationnels 38 et 40 sont reliées à des convertisseurs analogiques digitaux 42 et 44 ayant des sorties de N bits en parallèle respectivement notées PI, P2 .... P6 d'une part, et A1, A2 ... A6 d'autre part. Les gains des amplificateurs opérationnels R2/R1 et R4/R3 sont évidemment ajustés pour que la gamme de variation des tensions à l'entrée des convertisseurs analogiques digitaux soit celle prévue pour un fonctionnement optimum (utilisant les six bits) de ces convertisseurs. A titre d'exemple de réalisation, on choisit les valeurs suivantes de résistances pour un convertisseur fabriqué par la Société TRANCHANT ELECTRONIaUE sous la marque ECONOVERTER et pour un capteur de pression piézoélectrique 200 bars de la Société J.P.B. R1 = 10 k# R2 = 100 k# R3 = 10 k R4= 8 klL R5 = 1 kA (potentiomètre alimenté sous une tension de 1 Volt par exemple). Les convertisseurs 42 et 44 sont pilotés par une horloge non réprésentée, fournissant des impulsions de I ps toutes les 100 mso Les sorties A1 à A6 du convertisseur 44 sont introduites à l'entrée d'une mémoire morte 46 de I 024 bits, ayant donc au moins 6 bits d'adressage, et 6 bits de sortie M1 à M6. Cette mémoire 46 réalise une certaine fonction de décodage et elle est câblée de manière déterminée pour un type de grue donné. Les 6 sorties de cette mémoire morte 46 sont comparées aux 6 bits P1 à P6 pour déterminer la surcharge. La fonction de décodage à réaliser par cette mémoire est donc la suivante : sa sortie digitalisée doit être numérique ment égale à E' (Fmax) x R2 lorsqu'on atteint la surcharge, R1 c'est-à-dire pour une valeur or, cette sortie de la mémoire est égale à si k est cette fonction de décodage à réaliser. Dans la pratique, pour une grue donnée, on établit une relation de sécurité à la surcharge. telle aue celle donnée précédemment Pour chaque valeur C & on a donc une valeur F à ne pas dépasser 'sous peine de surcharge, cette valeur étant désignée par F max (s ). On calcule d'autre part R4 E (*) pour cette R3 valeur de &alpha;. Pour l'obtenir à partir de&alpha;, on calcule donc s(&alpha;) = sin ss (pour une grue donnée),puis Mmax qui est L' s (&alpha;) Fmax et enfin E' (Fmax) x R2 connaissant la tension délivrée R1 par le capteur de force (ou de pression) pour une force F donnée. R4 On calcule d'autre part 4 E ( S ) pour cette valeur R3 de, , connaissant la tension délivrée par le potentiomètre pour un angle donné. La fonction de décodage que doit réa R4 liser la mémoire morte 46 est donc celle qui a R3 E (&alpha;) fait R3 correspondre une telle mémoire morte peut être du type construit sous le nO DM 7595 ou 54187 par la Société National Semiconductor ; elle est câblée par le constructeur, à la demande, pour réaliser la fonction de décodage désirée. La sortie de mémoire morte (cette sortie comportant 6 conducteurs pour obtenir les 6 bits) est comparée à la sortie du convertisseur analogique digital 42 par un comparateur digital 48 délivrant un signal logique si l'une des sorties est supérieure ou égale à l'autre et un signal logique complémentaire dans le cas contraire. Dans un exemple de réalisation ce comparateur est réalisé au moyen de deux additionneurs digitaux à 4 bits montés de la façon suivante : les 4 bits de poids les plus faibles P1 P2 P3 P4 venant du convertisseur 42 sont additionnés dans le premier additionneur digital 47 aux sorties inversées des quatre bits de plus faible poids M1 M2 M3 M4 de la sortie de la mémoire morte 46. Les inverseurs réalisant cette inversion sont désignés par la référence 49. L'additionneur 47 possède une sortie de retenue désignée par Cs de l'addition effectuée R1 + P1, M2 + P2 , M3 + P3 M4 + P4 . il possède aussi une entrée de retenue Cin, non utilisée ici, donc à la masse. La sortie de retenue Cs du premier additionneur 47 est reliée à l'entrée Cin d'un deuxième additionneur 51 identique au premier, additionnant les deux bits de poids plus élevés P5, P6; du convertisseur 42 aux deux bits de poids plus élevés, inversés, M5, M6 de la mémoire morte 46. Quatre entrées de l'additionneur (celles de poids le plus élevé) sont encore inutilisées. On connecte sur ces entrées une combinaison logique o 1-,0 qui ne sert qu'à reporter à la sortie de retenue Cs de ce deuxième additionneur 51, la retenue de l'addition Cin 2Q + (P5 + R5)2 + (P6 + M6 ) 21. La sortie Cs du deuxième additionneur 51 constitue la sortie du comparateur 48 des signaux à 6 bits en provenance du convertisseur 42 et de la mémoire morte 46. En effet le montage des additionneurs 47 et 51 tel que décrit ci-dessus permet bien qu'un niveau logique "1 apparaisse sur la sortie de retenue Cs du deuxième additionneur lorsque la sortie du convertisseur de pression est supérieure à la sortie de la mémoire morte, c'està-dire à la valeur admissible. On voit que la réalisation du comparateur 48 dans cet exemple met en oeuvre deux additionneurs à 4 bits et 8 inverseurs. Les additionneurs peuvent être du type commercialisé sous le nO SN 7483 par la Société TEXAS INSTRUMENTS. La sortie du comparateur digital 48 est appliquée à travers une résistance;R6 de limitation de courant à l'entrée d'un étage amplificateur de puissance 50. Cet étage peut être un montage à transistor du type Darlington. L'entrée est alors la base de ce montage Darlington, l'émetteur est à la masse, le collecteur est connecté à une borne d'un enroulement 52 d'une électro-valve 54 dont l'autre borne est connectée à une batterie de 12 Volts. La résistance R6 peut être de lOOflenviron L'étage amplificateur 50 fonctionne en tout ou rien, alimenté par la sortie du comparateur digital 48. L'électrovalve 54 est disposée dans le circuit hydraulique d'alimentation du vérin 26 de manière à interdire le mouvement du piston de ce vérin si le comparateur délivre un signal d'interdiction (comparaison défavorable) de niveau logique "1". Le niveau logique ttO" est par opposition un signal d'auto risation du mouvement. Sur la figure 3 est représenté un schémaXhydraulique possible, non limitation, du circuit d'alimentation du vérin 26. Une pompe hydraulique 56, alimente le vérin 26 d'une manière classique, par l'intermédiaire d'une électrovalve principale 58, à trois positions dont une stable. Un réservoir 60 de fluide est en série dans le circuit. Une électrovalve shunt 54 commandée par l'enroulement 52 est disposée de sorte que lorsqu'un courant alimente cet enroulement, le fluide mis en pression par la pompe 60 soit rediri gé vers le réservoir et non plus vers l'électrovalve principale 56, sans pour autant que le vérin 26 se vide de son fluide. Cette électrovalve est donc à deux positions dont l'une est stable. Bien entendu, le nombre de bits N, choisi égal à 6 dans le présent exemple, peut autre quelconque ; il dépend de la précision souhaitée sur l'angleZ et sur la force maximum admissible pour un angle K donné. Le circuit d'interdiction, commandé par l'étage amplificateur de puissance 50, interdit le mouvement de levage ou abaissement de la flèche dans l'exemple considéré, mais on peut évidemment tout aussi bien interdire la rotation de la flèche ou le levage de la charge. On a établi une fonction de décodage pour transformer la valeur de l'angleg en une quantité comparable àla force F, on pourrait tout aussi bien établir une fonction de décodage pour transformer la force F en une quantité comparable à l'angle OL maximum admissible pour une force F donnée. Une variante de mise en oeuvre du procédé selon l'in ventionpour assurer la sécurité à la surcharge d'une grue télescopique consiste à disposer un potentiomètre mesurant l'angle z directement au lieu de l'angle d , pour éviter d'avoir à tenir compte de la variation de t en fonction de % . Le bottier du potentiomètre est alors solidaire de la tige du vérin 26 et son curseur est solidaire de la flèche (ou vice versa). La fonction de décodage est alors simplement proportionnelle à 1 pour un capteur de pression délivrant une tension proportionflee à la force F. Il est évident aussi qu'on peut introduire dans la relation de sécurité à la surcharge, outre la limitation simplifiée d'autres limitations qu'on fera apparat- tre par un câblage approprié de la mémoire morte 46 : par exemple-, on peut interdire un angle * supérieur ou inférieur à une valeur donnée quelle que soit a charge Ceci en particulier pour tenir compte de l'angle Y du câble avec la flèche, négligé jus- qu a maintenant ; il est évident que siO(devient égal à ils s le vérin n'exercera pratiquement aucune force quelle que 2soit la charge, or il faut limiter cette charge malgré tout On peut de la même façon interdire systématiquement que l'angle P devienne trop faible (pours trop faible), même pour une faible charge. Le câblage à la demande de la mémoire morte permet donc toutes sortes de combinaisons pour optimiser la sécurité des drues télescoDiaues. la DrinciDale étant évidemment la limitation Si le bâti de la grue n'est pas horizontal, il est possible de fixer le bottier du potentiomètre (ou son curseur) à un pendule qui conserve la direction verticale lors des déplacements du bâti. Ceci est le cas pour les grues montées sur roues et non stabilisées par des vérins. On mesure ainsi l'angle de la flèche avec l'horizontale (ou la verticale, ce qui revient au même) quelle que soit la position du bâti. En résumé, on peut mesurer l'angle de la flèche avec soit - l'horizontale - une direction fixe du bâti - la tige du vérin. REVENDICATIONS 1) Procédé. pourassurer la sécurité à la surcharge des grues télescopiques du type comprenant un bâti, une flèche télescopique, un organe de levage de la flèche, interposé entre le bâti et un point fixe de la flèche, et une charge en bout de la flèche, caractérisé par les opérations suivantes On mesure l'angleAde la flèche avec une direction donnée, on mesure la force de levage F exercée audit point fixe par l'organe de levage, on établit une relation de sécurité à la surcharge pour une grue donnée donnant l'angle maximum autorisé en fonction de la force exercée audit point fixe ou respectivement l'inverse, c'est-à-dire la force maximum FmaX que l'on peut exercer sans dommage, pour un angle donné, on compareLN max ou respectivement F à F max et on autorise ou on interdit le mouvement de la flèche selon le résultat de la comparaison, quelle que soit la longueur de la flèche et le poids de la charge en bout de flèche. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la direction donnée est l'horizontale. 3) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la direction donnée est une direction fixe par rapport au bâti. 4) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la direction donnée est la direction d'application de la force F. 5) Procédé selon la révendication 4, caractérisé par le fait que la relation de sécurité à la surcharge est F max constante. sin sin 6) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 5, câractérisé en ce qu'il comprend un capteur d'angle fournissant un premier signal électrique représentatif de l'angletX,-un capteur de force fournissant un deuxième signal électrique représentatif de la force F des moyens pour transformer la premier signal électrique en un troisième signal électrique et des moyens pour transformer le deuxième signal électrique en un quatrième signal électrique, suivant des relations connues fonction de ladite relation de sécurité à la surcharge , des moyens d'interdiction ou d'autorisation du mouvement de la flèche, et un comparateur des troisième et quatrième signaux électriques susceptible de commander les moyens d'interdiction ou d'autorisation du mouvement de la flèche selon le résultat de la comparaison. 7) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les premier et deuxième signaux électriques sont des signaux digitaux dont le nombre de bits est N, N dépendant de la précision souhaitée sur la connaissance de 8) Dispositif selon l'une des revendication 6 et 7, caractérisé par le fait que le capteur d'angle comprend des moyens pour convertir un ange en tension électrique analogique et un premier convertisseur analogique digital délivrant N bits, et que le capteur de force comprend des moyens pour convertir une force en tension électrique analogique et un deuxième convertisseur analogique digital délivrant N bits, N dépendant de la précision souhaitée sur la connaissance de zest F, 9) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les moyens pour convertir un angle en tension électrique comportent un potentiomètre alimenté par une tension électrique, dont le bottier est solidaire de la flèche et dont le curseur est maintenu en -position fixe par rapport à une direction fixe par un élément sensible à cette direction fixe. 10) Dispositif selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé par le fait que le troisième signal électrique, ou le quatrième signal électrique, est un signal digital à N bits. 11) Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait que les moyens pour transformer le premier signal électrique en un troisième signal électrique comportent un décodeur dont la fonction de décodage est déterminée d'après ladite relation de sécurité à la surcharge et lequel décodeur possède N entrées et N sorties. 12) Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait que les moyens pour transformer le deuxième signal électrique en un quatrième signal électrique comportent un décodeur dont la fonction de décodage est déterminée d'après ladite relation de sécurité à la surcharge, et lequel décodeur possède N entrées et N sorties. 13) Dispositif selon l'une des revendications 71 et 12, caractérisé par le fait que le décodeur est une mémoire permanente câblée pour donner la fonction de décodage désirée, possédant au moins N bits d'adressage et N bits de sortie. 14) Dispositif selon l'une des revendications 10 à 13 caractérisé par le fait que le comparateur est un comparateur digital à deux groupes d'entrées, chaque groupe d'entrées recevant N bits. 15) Dispositif selon l'une des revendications 6 à 14 dans lequel l'organe de levage de la flèche est un vérin hydraulique alimenté en puissance par un circuit hydraulique, caractérisé par le fait que les moyens d'interdiction ou d'autorisation du mouvement de la flèche comportent des moyens d'amplification électrique du signal délivré par le comparateur, ces moyens d'amplifications agissant sur au moins une électrovalve disposée dans le circuit hydraulique alimentant l'organe de levage de la flèche. 16) Dispositif selon la revendication 15, caractérisé par le fait que le capteur de force comprend un capteur de pression disposé dans le circuit hydraulique du vérin de levage de la flèche, à l'entrée hydraulique de ce vérin.