Brevet FR2319570A1 — publié le 19770225

L'invention concerne la mise à l'eau et la récupération d'une charge flottante. La mise à la mer, et surtout la récupération par un navire d'une charge flottante sont des opérations particulièrement délicates, du fait des mouvements relatifs de cette charge par rapport au navire. Ces opérations sont habituellement exécutées au moyen d'un appareil de levage, tel qu'un mat de charge ou un bossoir d'embarcation, pourvu d'une flèche ou d'un bras qui supporte un filin terminé par un organe d'accro- chage et servant à abaisser et à soulever la charge. Lorsque le filin est accroché à la charge et que celle-ci touche l'eau pendant qu'on la descend ou qu'on la remonte, les mouvements relatifs de la charge par rapport à la ttte de la flèche tendent et détendent brusquement le filin.L'organe d'accrochage peut comporter une dispositif à échappement, ce qui permet à des opérateurs adroits de limiter les variations de tension lors de la mise à l'eau de la charge flottante, mais on ne peut pas éviter qutil se produise lors de la récupération des surtensions très brutales dans le filin de levage et des chocs non moins brutaux sur la charge flottante. Il peut en résulter des mouvements pendulaires de la charge suspendue au filin d'une certaine longueur, mouvements qui peuvent etre encore amplifiés par les mouvements propres du navire et risquent de devenir très gênants au moment de déposer la charge sur le navire.Des difficultés du meme ordre peuvent se présenter lorsqu'il s'agit de mettre à l'eau ou de récupérer une charge flottante à partir d'un emplacement fixe, par exemple d'un quai ou d'un appontement, et l'invention peut aussi s'appliquer à ces opérations. Le but de la présente invention est de permettre la réalisation d'un appareil de levage qui élimine ces difficultés. L'appareil de levage selon l'invention comprend un dispositif d'équilibrage qui permet d'appliquer à la charge, pendant qu'elle flotte sur l'eau, un effort de levage inférieur à son poids et de préférence sensiblement constant, et un dispositif de levage qui permet d'appliquer à la charge un effort de levage suffisant pour la soutenir ou la soulever au-dessus de l'eau afin de la mettre à l'eau ou de la récupérer. Ces deux dispositifs peuvent agir sur le filin de levage d'un appareil à flèche (ou bras) fixe ou non inclinable, comme un bossoir ou un mat de charge classique, le dispositif d'équilibrage étant par exemple un moteur à couple constant agissant à une extrémité d'un tambour de treuil sur lequel le filin est enroulé et le dispositif de levage étant un moteur de levage débrayable agissant à 1' autre extrémité du tambour. Lorsque la charge, accrochée à I 'extré- mité du filin, flotte sur lteau, on débraye le moteur de levage et on met en action le moteur à couple constant, qui exerce une tension pratiquement constante sur le filin. Celui-ci s'enroule et se déroule donc sur le tambour de treuil pour accompagner les mouvements relatifs de la charge flottante et n'est soumis à aucune surtension. Pour récupérer la charge, on embraye et on met en action le moteur de levage. Cependant, le dispositif d'équilibrage et le dispositif de levage agissent de préférence sur une flèche montée pivotante autour d'un axe situé dans un plan de référence qui est horizontal ou qui, dans le cas où l'appareil de levage est monté à bord d'un navire, se trouve horizontal quand le navire n'est pas incliné, ladite flèche pouvant s'incliner autour de cet axe sous l'action de l'un ou l'autre de ces dispositifs, ou des deux, jusqu'à la charge flottant sur l'eau, et étant en outre pourvue d'un organe d'accrochage ou de saisie permettant d'y fixer la charge, et d'un dispositif d'enroulement pour un filin dont l'extrémité peut titré attachée à la charge pour relier celle-ci à un point de la flèche proche dudit organe.Lorsque l'extrémfté du filin est ainsi attachée à la charge flottant sur l'eau, on le tend au moyen du dispositif d'enroulement et on actionne le dispositif d'équilibrage, de sorte que celui-ci maintient constante la tension du filin tandis que la flèche oscille en suivant les mouvements de la charge flottante. On enroule alors le filin pour incliner la flèche, qui continue à osciller en accompagnant les mouvements de la charge, jusqu'à ce que l'organe d'accrochage ou de saisie parvienne dans une position permettant d'y fixer cette charge, opération qui peut être exécutée facilement puisque la charge est pratiquement immobile par rapport à cet organe. On actionne alors le dispositif de levage pour soulever brusquement la charge. Cette disposition est particulièrement avantageuse, surtout lorsque les opérations de mise à l'eau ou de récupération sont exécutées en mer au large des cotes, car la charge est supportée directement par la flèche lorsqu'elle est suspendue au-dessus de l'eau pendant ces opérations, et ne risque donc pas de prendre des mouvements pendulaires sous l'action des mouvements propres du navire. Le dispositif d'équilibrage est de préférence un vérin agissant sur la flèche par une manivelle de longueur constante, ledit vérin étant articulé autour d'un axe parallèle à l'axe d'articulation de la flèche et situé dans un plan contenant celui-ci et perpendiculaire à la manivelle, dans la position occupée par celleci lorsque la tette de la flèche se trouve dans le plan de référence.L'effort exercé sur la charge par le vérin d'équilibrage, lorsque le plan de référence est horizontal, est ainsi indépendant de l'inclinaison de la flèche. Dans un mode de réalisation, le vérin est un vérin à ressort agencé de façon telle que la déformation du ressort soit égale à la distance entre l'articulation fixe du vérin et son articulation à la flèche, de sorte que l'effort exercé sur la charge est constant. Dans un autre mode de réalisation, le vérin est un vérin pneumatique ou hydraulique actionné par un fluide soumis à la pression d'un gaz confiné dans un réservoir ; on peut déterminer le volume et la masse de gaz pour que celui-ci, en se comprimant et se dilatant adia batiquement, exerce sur la charge des efforts égaux pour deux inclinaisons différentes de la flèche, choisies de façon telle que l'effort exercé sur la charge varie très peu dans toute la gamme utile d'inclinaisons de la flèche. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de bien comprendre les avantages de l'invention et l'art de la réaliser, toutes particularités qui ressortent tant des figures que du texte rentrant, bien entendu, dans le cadre de ladit e invention. La figure 1 est une vue en élévation schématique d'un appareil selon l'invention, en action à bord d'un navire pour récupérer une charge flottante la figure 2 est une vue partielle analogue à la figure 1, illustrant schématiquement à plus grande échelle un mode de réalisation du dispositif d'équilibrage la figure 3 est une vue analogue à la figure 2, illustrant un autre mode de réalisati.on. On voit sur la figure 1 un appareil de levage 1 monté sur une plateforme 2 à bord d'un navire 3. Dans l'exemple représenté, la plateforme 2 peut pivoter autour d'un axe vertical 4 (c'est-à-dire d'un axe qui est vertical quand le navire n'est pas incliné). L'appareil de levage 1 comprend une flèche 5 articulée en 0 autour d'un axe situé dans un plan de référence de la plateforme, qui est perpendiculaire à 1 1axe de pivotement 4 et donc horizontal quand le navire n'est pas incliné. L'inclinaison de la flèche peut être commandée par un vérin d'équilibrage 6, qui sera décrit plus loin, et un vérin de levage 7 qui est un vérin hydraulique à double action. Le vérin d'équilibrage 6 est articulé en À sur la plateforme et en B sur la flèche 5 et est agencé, par des moyens qui seront décrits plus loin, de manière à pouvoir exercer à l'extrémité du bras de levier OB une force telle qu'il en résulte à l'extrémité C de la flèche 5 un effort de levage (c'està-dire un effort parallèle à l'axe de pivotement 4 et dirigé vers le haut) sensiblement constant et inférieur ou au plus égal au poids de la charge flottante 8 à récupérer.Le vérin de levage 7 est articulé en A1 sur un élément solidaire de la plateforme 2 et en B1 sur la flèche 5, et est capable d'exercer à l'extrémité de son bras de levier OB1 une force telle qu'il en résulte à l'extrémité C de la flèche un effort de levage très supérieur au poids de la charge 8, afin de pouvoir soulever celle-ci rapidement. À l'extrémité C de la flèche est articulée une extrémité d'un bras tubulaire 9 portant à son autre extrémité des mâchoires 9a capables de se refermer automatiquement sur un appendice 8a prévu à cet effet sur la charge flottante 8, dès qu'elles sont mises en contact avec cet appendice, et de se verrouiller instantanément sur celui-ci. Ces mâchoires, qui peuvent être ensuite déverrouillées au moyen d'une commande à distance non représentée, forment un dispositif de préhension de type connu, qu'il paraît inutile de décrire en détail.La flèche 5 est en outre-pourvue d'un treuil 10 sur lequel s'enroule un filin 11 de petit calibre, -qui passe sur des poulies 12, 13 et dans l'axe du bras tubulaire 9 et dont 1 'extrémité peut etre fixée à l'appendice 8a pour guider le dispositif de préhension 9a vers celui-ci. Pour récupérer la charge 8 flottant à la surface de l'eau 14, on incline la flèche au moyen du vérin de levage 7, de façon que la ligne de droite0C fasse avec l'horizontale lorsque le navire 3 n'est pas incliné (c'est-à-dire avec la ligne OCO située dans le plan de référence perpendiculaire à l'axe de pivotement 4) un angle p tel que tout contact accidentel soit évité entre la charge 8, qui monte et descend sur les vagues, et le dispositf de préhension ou la tête de la flèche, qui suivent les mouvements du navire.On déroule alors à l'aide du treuil 10 une certaine longueur de filin 11, et l'extrémité de celui-ci est attachée à l'organe 8a par un plongeur ;-on a pris la précaution de dérouler une longueur suffisante de filin pour garder du mou dans la portion lla extérieure à la flèche, dans toutes les positions relatives de la charge 8 par rapport à la flèche 5. On vire ensuite le treuil 10 pour reprendre une partie de ce mou, mais en en gardant suffisamment pour que le filin ne risque pas d'entre mis en tension par les mouvements relatifs de la charge flottante 8 par rapport à la flèche 5. On met alors progressivement en communication, par des moyens connus non représentés, les deux chambres du vérin de levage 7 afin de le rendre inopérant. Le vérin dléquilibra- ge 6, qui a un rôle passif et qui est toujours en action, est alors seul à agir. I1 fait alors pivoter la flèche 5 vers le haut, par exemple jusqu'à la position figurée en trait interrompu en 5a, ce qui a pour effet de rattraper le mou du filin 11, et applique ensuite à celui-ci une tension sensiblement constante 20 en imprimant à la flèche un mouvement oscillant tel que sa tette C suit exactement le mouvement vertical de la charge flottante 8.On vire ensuite le treuil 10, de sorte que la t8te C de la flèche se rapproche progressivement de la charge, en suivant toujours son mouvement relatif puisque le vérin d'équilibrage 6 maintient constante la tension du filin 11, jusqu'à ce que le dispositif de préhension 9a vienne en contact sans choc avec l'appendice 8a et que ces mâchoires se referment et se verrouillent automatiquement sur celui-ci. Au moment consideré comme le plus opportun, l'opérateur remet en action le vérin de levage 7, et celui-ci relève rapidement la flèche portant la charge par le dispositif de préhension. On peut ensuite déposer sans difficulté la charge 8 sur le pont du navire. Pour la mise à l'eau d'une charge, on opère de façon inverse. On abaisse la flèche au moyen du vérin de levage 7 et, au moment précis où la charge touche liteau, on met en communication les deux chambres de ce vérin 7 tandis qu'on met en action le vérin d'équilibrage 6, de façon que la flèche 5 accompagnele mouvement relatif de la charge flottante. On déverrouille alors le dispositif de préhension au moyen de la commande à distance non représentée, et on dévire le treuil 10, ce qui a pour effet d'écarter la tette de flèche C de la charge flottante 8. Quand l'écartement est suffisant, on remet le vérin 7 en action et le vérin 6 hors d'action pour naintenir l'inclinaison de la flèche par rapport au navire, et on dévire de nouveau le treuil 10 pour donner du mou au filin 11 et permettre ainsi à des plongeurs de le détacher de l'appendice 8a. Pour exercer en a, tette de la flèche 5, un effort de levage t dirigé parallèlement à l'axe de pivotement 4 (c'est-à-dire verticalement quand le navire n'est pas incliné), le vérin d'équilibrage 6 doit appliquer à la flèche un couple d'équilibrage égal à t.Fo cos i, , $ étant la longueur de la ligne OC et oi l'angle d'inclinaison de cette ligne OC sur le plan de référence perpendiculaire à l'axe de pivotement 4 (c'est-à-dire sur la ligne OCO qui est horizontale quand le navire n'est pas incliné).Le vérin d'équilibrage doit donc appliquer à l'extrémité B du bras de levier OB (figure 2) une force P telle que F x OH = 1.FO cos &alpha; , (1) H étant le pied de la perpendiculaire abaissée du point 0 sur AB. Si l'on abaisse du point B une perpendiculaire BK à la ligne OÂ, on remarque que le double de la surface du triangle OAB, qui est égal à ! x It, est aussi égal à Ut x BK ; si donc on appelle d la distance i et f la distance 3E, on trouve x x f = d x RE. (2) La disposition cinématique fondamentale permettant de rendre la force F indépendante de l'angle &alpha; consiste à ca- ler la manivelle OB de façon telle que sa position OBo, lorsque la tête de la flèche C est en CO, soit perpendiculaire à la droite 0A. En effet BK est alors parallèle à OBo et, comme OB est incliné de leangledE sur OBO, il est également incliné de l'angle ot sur BK, de sorte que BX = OB cosdX Si donc on appelle m la longueur du bras de levier OB, l'égalité (2) devient x x f = m.d. cos en reportant la valeur de UE dans l'égalité (1), on trouve On peut dire aussi, inversement que pour que l'effort de levage Fo soit indépendant de l'angle &alpha;, il suffit que le point À de l'axe d'articulation du vérin d'équilibrage soit choisi sur la perpendiculaire élevée du point O à la manivelle 030 correspondant à la position CO de la tête de la flèche. On vérifierait facilement que cette condition suffisante est aussi nécessaire. En outre, l'égalité (3) montre que, pour que l'effort de levage F0 soit rigoureusement constant, il faut et il suffit que la force F soit proportionnelle à f, c'est-à-dire à la longueur AB. Cette condition est facilement remplie dans le mode de réalisation de la figure 2, où le vérin d'équilibrage 6a est un vérin à ressort comprenant un carter 15 dont le fond antérieur 15a est articulé en À et est traversé en son centre par une tige 16, dont une extrémité est fixée à un disque 17 monté coulissant dans le carter 15 et dont l'autre extrémité est articulée en B à la flèche 5, et un ressort 18 comprimé entre le fond 15 et le disque 17 ; ce ressort 18 est précontraint dans la position du vérin représentée en trait interrompu, dans laquelle le bras de levier OB se trouve au "point mort bas" en OB', de façon que la déformation (parfois appelée ',flèche") du ressort soit égale à (d - m), c'est-à-dire à la distance irr. Dans toutes les positions du vérin 6, la déformation (ou'Rlèche") du ressort 18 est ainsi égale à la distance AB, c'est-à-dire à f, de sorte que F = E.t, E étant la raideur du ressort. Pour exercer en C un effort de levage constant F0, il faut donc choisir un ressort 18 de raideur Une disposition comportant un tel ressort est réalisable pour exercer sur la charge flottante un effort de levage F0 de quelques centaines de kilogrammes, ce qui sera suffisant dans la plupart des cas pour maintenir le filin 11 sous tension pendant les opérations de mise à l'eau et de ré cupération de la charge. Par contre, Si l'on désirait é quili- brer exactement une charge importante, le ressort nécessaire serait pratiquement irréalisable. Par exemple, pour équilibrer une charge de 10 tonnes ayant un débattement vertical de 6 mètres, il faudrait disposer d'un ressort ayant une masse de l'ordre de 6 tonnes, ce qui est Impensable. Le mode de réalisation de la figure 3 permet d'é auilibrer approximativement des chargés importantes. Dans ce mode de réalisation, le vérin d'équilibrage 6b est un vérin hydraulique comprenant un cylindre 19 articulé en À et dans lequel coulisse un piston 19a dont la tige 19b est articulée en B sur la flèche 5. La chambre 19c du cylindre est reliée par une tuyauterie 20 à la base d'un réservoir 21 contenant du fluide hydraulique 22 en présence d'une certaine masse de gaz 23.La pression de ce gaz agit sur le piston 19a pour appliquer la force F à l'extrémité B du bras de levier OB, et, lorsque la flèche 5 oscille en suivant le mouvement relatif de la charge flottante 8 comme on l'a expliqué plus haut, le gaz 23 se comprime et se détend de façon pratiquement adiabatique, de sorte que le produit Pt est sensiblement constant, p étant la pression du gaz, V son volume et le rapport de sa chaleur spécifique à pression constante à sa chaleur spécifique à volume constant.Etant donné que la force F est égale à p.S (S étant la section du piston l9a soumise à la pression) et que la pression p est une fonction décroissante de f, la force F ne peut pas être proportionnelle à f, de sorte que la relation (3) ci-dessus ne peut pas être satisfaite dans toutes les positions de la flèche. Cependant, puisqu'on dispose de deux paramètres indépendants (à savoir, par exemple, la masse de gaz 23 et son volume dans une position déterminée de la flèche 5), on peut choisir ces deux paramètres pour que la relation (3) soit satisfaite dans deux positions de la flèche, par exemple la position 5a (figure 1) dans laquelle la ligne OC1 est inclinée au-dessus de la ligne OCO d'un angle &alpha;1 de l'ordre de 100, et la position 5b dans laquelle la ligne OC2 est inclinée au-dessous de la ligne OCO d'un angle &alpha;2 de l'ordre de 150. Si l'on appelle F1, P1, V1, f1 et F2, Pa, V2, f2, respectivement les valeurs de X, p, V, f, dans les positions 5a et 5b de la flèche 5, on a d'abord E1 = p1S de sorte que la relation (3) sera satisfaite dans la position Sa si p1 et S sont liés par la relation qui détermine la section utile du piston 19b si l'on a choisi la valeur de p1 (ou vice versa).La relation (3) sera également satisfaite dans la position 5b si P1 ~ fl (S) p2 f2 D'autre part, la loi de la compression adiabatique s'écrit : P2V2&gamma; = p1V1 &gamma; (6) et V1 et V2 sont liés par la relation VI - V2 = S (f2 - f1). (7) Les trois relations (5), (6) et (7) déterminent V1 : : 1 En pratique, on pourra donc calculer facilement tous les éléments du dispositif d'équilibrage et, en particulier, la section utile S du piston 19a, la pression p1 et le volume V1 du gaz 23 pour que le vérin 6 exerce l'effort de levage F0 aussi bien en C1 qu'en C2. Â partir de p1 et V1, on peut aussi calculer le volume que le gaz 23 doit occuper dans le réservoir 21 dans une position déterminée de la flèche 5, et la masse de gaz qui doit garnir ce volume. Dans les positions de la flèche 5 autres que les positions 5a et 5b, l'effort de levage appliqué à la tête de la flèche sera différent de F0, mais pourra en différer très pe, Dans une position de la flèche pour laquelle la distance IIB est égale à f, l'effort de levage est égal à ou, en posant :: On peut vérifier par le calcul que dans l'exemple des figures 1 et 3, où 2 @ est égal à 1,1 environ, si le gaz 23 est de l'air q = 1,41), le rapport de l'effort de levage à F0 s'écarte de l'unité de moins de 1 * lorsque la flèche débat entre les positions 5a et 5b et ne dépasse pas 2 % environ lorsqu'elle débat entre une position 5c dans laquelle la ligne OC'1 est inclinée d'un angle'3 1 de l'ordre de 400 au-dessus de la ligne OC0, et une position Sd dans laquelle la ligne OC'2 est inclinée d'un angle p 2 de 400 environ au-dessous de OCO. Pendant les opérations de récupération et de mise à l'eau, en mer, de charges flottantes, les mécanismes décrits sont animés de mouvements divers dus aux déplacements relatifs du navire et de la charge. Ces mouvements appliquent aux divers organes de l'appareil de levage, et notamment à la flèche 5, des accélérations linéaires et des accélérations angulaires. Par ailleurs, le fonctionnement des vérins et des diverses articulations provoque des frottements. La tension appliquée au filin 11 par le vérin d'équilibrage 6a ou 6b peut donc être perturbée par divers facteurs, tels que des frottements mécaniques, les pertes de charge des fluides, des dilatation et contraction du gaz 23 dues aux écarts de température, ou les inerties de rotation et de translation. I1 y aura lieu de chiffrer, pour un programme donné d'opérations, le maximum de la somme de toutes les perturbations possibles, et de dimensionner le vérin d'équilibrage pour qu'en aucun cas la somme des perturbations ne risque de dépasser la valeur de l'effort de levage Fo exercé à la tête de la flèche par ce vérin d'équilibrage. Dans ces conditions, le filin 11 restera toujours tendu, ce qui est la condition fondamentale à respecter. R E V E N DI C T I O N S 1. Appareil de levage pour la riise à l'eau et la ré cupération d'une charge flottante, comprenant un dispositif de levage qui permet d'appliquer à la charge un effort de levage suffisant pour la soutenir ou la soulever au-dessus de l'eau, afin de la mettre à l'eau ou de la récupérer, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif d'équilibrage qui permet d'appliquer à la charge, pendant qu'elle flotte sur l'eau, un effort de levage inférieur à son poids et de préférence sensiblement constant. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'équilibrage et le dispositif de levage agissent sur une flèche montée pivotante autour d'un axe situé dans un plan de référence qui est horizontal ou qui, dans le cas où l'appareil est monté à bord d'un navire, se trouve horizontal quand le navire n'est pas incliné, ladite flèche pouvant s'incliner autour de cet axe de pivotement sous l'action de l'un ou l'autre de ces dispositifs, ou des deux, jusqu'à la charge flottant sur liteau, et étant pourvue d'un organe d'accrochage ou de saisie permettant d'y fixer la charge, et d'un dispositif d'enroulement pour un filin dont l'extrémité peut & re attachée à la charge pour relier celleci à un point de la floche proche dudit organe. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe d'accrochage ou de saisie comprend un dispositif de préhension supporté à l'extrémité d'un bras articulé à la tête de la flèche et dans lequel le filin passe longitudinalement, et que la charge flottante est pourvue d'un appendice auquel on peut attacher le filin pour que celui-ci guide vers lui le dispositif de préhension. 4. Appareil selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif d'équilibrage comprend un vérin agissant sur la flèche par une manivelle, ce vérin étant articulé autour d'un axe parallèle à l'axe de pivotement de la flèche et situé dans un plan contenant celui-ci et perpendiculaire à la manivelle, dans la position occupée par celle-ci lorsque la tête de la flèche se trouve dans le plan de- référence. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le vérin est un vérin à ressort agencé de façon telle que la déformation du ressort soit égale à la distance entre l'articulation fixe du vérin et son articulation sur la flèche. 6. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce-aue le vérin est un vérin pneumatique ou hydraulique actionné par un fluide soumis à la pression d'un gaz confiné dans un réservoir. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que la masse de gaz et le volume qu'il occupe pour une inclinaison détersnSe de la flèche sont choisis pour que le vérin exerce sur la charge, lorsque le gaz se comprime et se dilate adiabatiquement, des efforts de levage égaux pour deux incligaisons différentes de la flèche.