Brevet FR2326555A1 — publié le 19770429

Isa présente invention due à ia collaboration de Monsieur PILET de la Société BVS et de Monsieur PEREZ du Commissariat à l'Energie Atomique, a pour objet une machine à enrouler sous tension un fil ou un câble de précontrainte. Elle trouve une application dans le frettage de corps cylindriques et notamment de caissons en béton, en vue de i'obtention dans ces corps de pré con traintes radiales. On connait de nombreuses machines permettant d'enrouler un fil sous tension autour d'un corps cylindrique. Ces machines sont généralement constituées par un appareillage mobile sur un rail entourant le corps à fretter. Cet appareilnage contient une bobine débitrice de fil, des moyens pour entraîner l'appareil autour du corps et pour assurer une tension convenable au fil enroulé. On pourra consulter à ce sujet, par exemple, ie brevet américain 3 687 38u délivré le 29 Août 1972. De telles machines sont lourdes et encombrantes puisque tous les organes principaux sont disposés sur la partie mobile. La présente invention a justement pour objet une machine permettant de orécontraindre un corps cyli-ndrique par l'enroulement d'un fil sous tension, dont ia structure est telle que l'encombrement se trouve réduit par rapport aux machines antérieures d'une part, et telle que la mesure de la tension du fil de précontrainte est très précise, d'autre part. Ces performances sont obtenues grace à une disposition originale essentiellement caractérisée en ce que la bobine débitrice du fil ntest pas disposée sur les parties tournantes de la machine mais au-dessus du corps cylindrique à fretter, en ce que les organes d'entraînement de cette bobine débitrice et de la partie mobile de la machine sont fixes et solidaires du corps cylindrique à fretter, et en ce que les moyens disposés sur la partie mobile sont limités aux moyens de guidage du fil depuis la bobine débitrice jusqu'à l'endroit du corps ot s'effectue l'enroulement. De façon plus précise, l'invention a pour objet une machine à enrouler sous tension un fil de précontrainte autour d'un corps cylindrique fixe qui est caractérisée en ce quelle comprend - une bobine débitrice dudit fil, disposée au-dessus du corps et coaxiale audit corps, des premiers moyens fixes destinés à entraîner ladite bobine à une vitesse de rotation déterminée, une partie mobile en rotation autour de l'axe commun de la bobine et du corps et comprenant un bras tournant autour du corps cylindrique fixe, des seconds moyens, solidaires de ladite partie mobile, pour guider le fil depuis la bobine débitrice jusqu'à l'endroit du corps ou s'effectue l'enroulement du fil, - des troisièmes moyens fixes destinés à entrainer ladite partie mobile en rotation, - des quatrièmes moyens pour mesurer la tension du fil en cours d'enroulement, - des cinquièmes moyens fixes pour maintenir constante la tension du fil et comprenant un organe de comparaison de la tension mesurée par lesdits quatrièmes moyens avec la tension désirée, ledit organe commandant lesdits premiers moyens d'entraînement de la bobine débitrice, de telle sorte que la tension mesurée soit égale à la tension désirée. De toute façon, les caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mleux après la description qui suit, d'un exemple de réalisation donné à titre explicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique en perspective des élements principaux de la machine de l'invention, - la figure 2 représente une vue détaillée du bras mobile et des moyens pour guider le fil, - la figure 3 illustre les dispositions relatives de la partie mobile, de la bobine débitrice et des moyens a 'entraînement, - la figure 4 illustre les moyens permettant d'entraîner la bobine débitrice et la partie mobile, - ia figure 5 est un schéma synoptique du système permettant d'asservir la tension du fil à une valeur déterminée. Sur la figure 1 sont représentés en perspective et de façon schématique les éléments principaux de la machine selon 1 'invention. Cette machine comprend une bobine 2 débitrice de fil, disposée au-dess-us du corps 4 que l'on désire précontraindre à l'aide du fil 6 et une partie 8 mobile en rotation autour de l'axe commun de la bobine 2 et du corps 4 ; cette partie mobile comprend un bras vertical 10 pouvant tourner autour du corps cylindrique 4 ; ce bras comprend des moyens 12 et 12' permettant de guider le fil depuis la bobine débitrice 2 jusqu'à 'endroit du corps 4 où s'effectue l'enroulement.Cet enroulement peut s'effectuer notamment sur un ensemble de galettes 14. Les moyens d'entraînement de la bobine et de la partie mobile sont fixes et solidaires du corps 4, comme on le verra mieux par la suite. Mises à part ces dispositions essentielles, la machine représentée sur a figure 1 possède des caractéris criques secondaires, à savoir : la partie mobile 8 peut comprendre un bras horizontal coulissant 16, de sect}on sensl- blement carrée, guidé par des alésages d'un bati tournant 18. We bras vertical 10 peut être constitué par un tube en acier, roulé et soudé qui coulisse dans an alésage du bras horizontal. Le blocage à hauteur convenable peu etre assuré par des bagues coniques serrées par des brides. Le bras coulissant est fixé en une position qui dépend du dlametre du corps fixe. A sa partie inférieure, le bras 10 peut être muni d'un dispositif de trancannage 20 assurant un pas correct a l'enroulement. Le bras 10 peut recevoir aussi, à son extrémité inférieure un bras horizontal non représenté muni d'une roue à pneumatique roulant sur le corps 4 et qui est destiné à limiter les vibrations et flexions du bras vertical pendant ltexecutlon des frettages les plus éloignés du haut du corps de l'appareil. Le bras vertical 10 peut être aussi muni, à sa partie supérieure, d'un anneau de manutention 22. La fixation du bras vertical 10 peut s'effectuer au moyen de deux douilles coniques fendues, qui immobilisent ie bras par serrage, selon un dispositif analogue à celui qui est utilisé pour le serrage des outils ou barres sur les machines--outils. Ces dispositions secondaires ne sont pas toutes représentées sur la figure 1, par souci de simplification et parce qu'elles sont évidentes pour l'homme de l'art et ne caractérisent pas l'invention. La figure 2 représente de façon plus détaillée le bras vertical et les moyens pour guider le fil depuis la bobine débitrice jusqu'à l'endroit du corps où s'effectue l'enroulement. Le fil 6 sortant de la bobine débitrice passe sous un premier réa 22 d'où il ressort verticalement après avoir été dévié d'un quart de tour vers le haut ; puis il passe sur un deuxième réa 24 disposé dans le même plan que le réa 22, plan tangent à la bobine débitrice. Le fil effectue un demi tour sur le réa 24 et redescend verticalement vers un troisième réa 26, d'où il ressort après avoir effectué un quart de tour. Il s'enroule ensuite sur le canal à garnir du corps fixe. Le plan du réa 26 est tangent à ltenroulement en cours. Les réas 22 et 24 sont disposés dans un support 2 8 oscillant autour d'un axe vertical 30, ce qui permet au p lan de ces réas d'être constamment tangent à la bobine débitrice. Le réa 24 est monté dans un coulisseau vertical 32 accroché à un ressort 34 qui atténue les variations d'élasticité du fil dues.à la variation de longueur du bras sous tension entre les canaux inférieur et supérieur. Cette disposition permet d'obtenir une meilleure régularité de la tension du fil. Le réa 26 est monté dans une chape 32, oscillante autour d'un axe 34 pouvant être dans le prolongement de l'axe 30, de telle sorte que le plan moyen de la chape 32 reste tangent à l'enroulement en cours, quel que soit son diamètre. La chape oscillante 32 est solidaire d'un coulisseau vertical 36 commandé par un moteur synchrone 38 actionnant un. système 40 du type vis-écrou, ces moyens réalisant un dispositif de trancannage -qui assure un pas correct à l'enroulement et permet notamment d'obtenir un enroulement à spires jointives. Le moteur synchrone 38 peut être commandé par un alternateur entraîné par le moteur commandant la rotation du bras mobile. En cas d'exécution de couches successives à pas contraires, en fin de course il y a inversion du sens de rotation du moteur 38. Le réa 26 est accroché à un peson dynamométrique 42 qui mesure la tension du fil. Ce peson dynamométrique pourrait être disposé, par exemple, entre le ressort 34 et le réa 24, ou entre un point du bras 10 et le fil. Mais il semble que la disposition illustrée soit la plus avantageuse. La figure 3 illustre les dispositions relatives du bras horizontal mobile, de la bobine débitrice et des moyens d'entraînement de ces deux parties. Un bâti-support 50 est fixe au corps à fretter, par exemple au moyen de patins spéciaux à guidages verticaux. Ce bâti supporte les organes moteurs 52 permettant d'entraîner la bobine débitrice 54 et le bras horizontal 16. Une couronne d'orientation double comprend une partie centrale 58 liée au bâti 50, une couronne mobile intérieure 60 avec dentures d'entraînement ïntérleures, une couronne mobile extérieure 62 avec dentures d'entraînement extérieures, et des organes de roulement 64, par exemple gaiets croisés avec entretoise en matière plastique, et des garnitures d'étanchéité non représentées. La bobine débitrice 54 est fixée sur la couronne extérieure 62, qui est entraînée car un pignon 66 commandé par un réducteur 68. Le bras mobile horizontal 56 est fixé sur la couronne intérieure 60 entraînée par un pignon 70 commandé par un réducteur 72. La figure 4 représente de façon plus détaillée les m oyens de commande de ia rotation de la bobine débitrice et d e la partie tournante. Ces moyens sont constitués par un moteur principal 80, qui peut être un moteur à courant continu. Il commande le mouvement de la couronne intérieure 60 par l'intermédiaire du pignon 70 couplé à un réducteur 72. Un frein électromagnétique 84 est disposé en bout d'arbre du moteur principal 80. Un alternateur 86 est relié à cet. arbre moteur ; il est destiné à l'alimentation du moteur de trancannage, qui porte la référence 38 sur ia figure 2 ; il peut être également destiné à l'aslmentation de divers moyens d 'enregistrement associés à l'appareil et qui ne font pas p artie de l'invention. Les moyens représentés sur la f igure 5 comprennent également un différentiel 88 dont le planétaire 90 est entraîné par le moteur 80, le second planétaire 92 de ce différentiel est relié au réducteur 68 commandant le pignon 66 engrenant avec la couronne extérieure 62 qui entraîne la bobine débitrice. Le satellite 96 du différentiel est entraîné en rotation p ar un moteur continu à vitesse réglable 98, dont la vitesse de rotation est fonction de la tension du fil, comme on le verra de façon plus précise par la suite. Selon le principe connu du différentiel, le mouvement transmis au réducteur 68 résulte de la composition des deux mouvements de rotation transmis l'un par le moteur principal 80 et l'autre par le moteur à vitesse réglable 98. I1 est ainsi possible de régler la vitesse de rotation de la bobine débitrice en fonction d'un signal de commande appliqué au moteur 98. Ce signal est avantageusement tel que la vitesse de rotation de la bobine débitrice implique, pour la tension du fil, une valeur déterminée à l'avance. Un moteur asynchrone 100 peut éventuellement être associé au différentiel 88, pour permettre le remplissage de la bobine de fil sangs que le bras mobile tourne. Pour contrôler la tension du fil, l'invention prévoit des moyens qui sont schématisés par la figure 5. Sur cette figure, le peson dynamométrique 42 mesure la tension du fil en cours d'enroulement. Les indications qu'il fournit sont avantageusement de nature électrique car, dans ce cas, elles peuvent être transmises sans contact vers des moyens de traitement éloignés du point de mesure. I1 est alors prévu un amplificateur 112, qui reçoit ledit signal électrique fourni par le peson et délivre un signal amplifié à des moyens de transmission 114 vers les moyens de commande de la couronne débitrice. Ces moyens sont constitués par un circuit de réception 116 relié à un régulateur à action proportionnelle 118 qui effectue la comparaison entre le signal reçu et un signal de référence délivré par une source réglable 120. Le signal d'erreur résultant de cette comparaison est véhiculé par la connexion 122 vers des organes 124 d'alimentation du moteur 98 com n andant le satellite du différentiel 88.La vitesse de rotation de la bobine débitrice est ainsi réglée en fonction de la tension du fil, de telle sorte que le circuit d'asservissement qui vient d'être décrit tend à annuler le signal d'erreur délivré par le circuit 118 et que la tension du fil devient égale à la tension désirée. Cette tension peut être réglée en agissant sur le signal de référence délivré nar la source 120. Les moyens décrits par la figure 5 peuvent se compléter éventuellement par un indicateur de tension 126, otamment de type numérique, et un enregistreur 128 qui vermet d'enregistrer en permanence la tension du fil. Ces moyens d'enregistrement sont avantageusement commandés par l'alternateur aui Porte la référence 86 sur la figure 4, de sorte cçue la vitesse de déroulement du diagramme enregistreur est synchrone de la vitesse de rotation du bras. A titre purement explicatif, les dispositions pratiques suivantes peuvent être retenues pour la machine qui vient d'être décrite 3 imension du cvlindre à fretter - diamètre maximal : 8 m diamètre minimal nominal : 3 m - diamètre minimal possible : 1 m environ onditions d'utilisation - diamètre maximal du fil : 4,2 mm - tension F maximale prévue : 1 800 daN soit : 130 daN/mm2 tension maximale admissible : 2 000 daN - tolérance sur la tension théo- riaue moyenne P entre : 0,93 F et 1,07 F - fluctuation f de tension : - 0,03 F f Le moteur -1 courant continu 80 peut avoir une puis tance de l'ordre de 10 CV, l'alternateur une puissance approximative de 1.000 W. Le moteur continu à vitesse réglable98 peut avoir une puissance d'environ 2 CV. REVENDICATIONS 1. Machine à enrouler sous tension un fil de précontrainte autour d'un corps cylindrique fixe, caractérisée en ce qu'elle comprend - une bobine débitrice dudit fil, disposée au-dessus du corps et coaxiale audit corps, - des premiers moyens fixes destinés à entraîner ladite bobine à une vitesse de rotation déterminée, - une partie mobile en rotation autour de l'axe commun de la bobine et du corps et comprenant un bras tournant autour du corps cylindrique fixe, - des seconds moyens, solidaires de ladite partie mobile, pour guider le fil depuis la bobine débitrice jusqu'à l'endroit du corps où s'effectue l'enroulement du fil, - des troisièmes moyens fixes destinés à entraîner ladite partie mobile en rotation, - des quatrièmes moyens pour mesurer la tension du fil en cours d'enroulement, - des cinquièmes moyens fixes pour maintenir constante la tension du fil et comprenant un organe de comparaison de la tension mesurée par lesdits quatrièmes moyens avec la tension désirée, ledit organe commandant lesdits premiers moyens d'entraînement de la bobine débitrice, de telle sorte que la tension mesurée soit égale à la tension désirée. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée e n ce que les premiers moyens d'entraînement de la bobine débitrice comprennent un moteur principal à courant continu, un moteur à vitesse réglable, un différentiel commandé par les deux moteurs, un réducteur r'éversible commandé par la sortie du différentiel et entraînant une couronne solidaire de ladite bobine. 3. Machine selon la revendication 1, caractérisée e n ce que les seconds moyens pour guider le fil comprennent - un premier réa disposé dans un plan tangent à la bobine débitrice, le fil sortant de la bobine débitrice passant sous ledit réa et ressortant verticalement après avoir été dévié d'un quart de tour vers le haut, - un second réa disposé dans le même plan que ledit premier réa, le fil effectuant un demi-tour sur ce réa et ressor tant verticalement vers le bas, - un troisième réa disposé dans le plan tangent au corps cylindrique fixe, le fil effectuant un quart de tour sur ce réa. 4. Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que les premier et second réas sont disposés sur un support libre en rotation autour d'un axe vertical. 5. Machine selon la revendication 3, caractérisée e n ce que le troisième réa est monté dans une chape pouvant t ourner autour d'un axe vertical. 6. Machine selon la revendication 5, caractérisée e n ce que ladite chape est solidaire d'un coulisseau vertical commandé par un moteur assurant à l'enroulement du fil s ur le corps un pas correct. 7. Machine selon la revendication 3, caractérisée e n ce que le deuxième réa est monté dans un coulisseau vertical accroché à un ressort atténuant les variations d'élasticité du fil. 8. Machine selon la revendication 1, caractérisée e n ce que les troisièmes moyens d'entraînement de la partie m obile comprennent un moteur principal à courant continu é quipé d'un réducteur réversible agissant sur une couronne solidaire de ladite partie mobile. 9. Machine selon la revendication 1, caractérisée e n ce que les quatrièmes moyens comprennent un peson dynamométrique. 10. Machine selon les revendications 3 et 9, c aractérisée en ce que ledit peson est disposé entre l'axe du troisième réa et le bras de la partie mobile. 11. Machine selon la revendication 9, caractérisée e n ce que les quatrièmes moyens comprennent un peson fournis sant un signal de nature électrique, un amplificateur dudit s ignal et des moyens de transmission sans contact dudit signal amplifié vers lesdits cinquièmes moyens. 12. Machine selon les revendications 1,2 et 11, caractérisée en ce que les cinquièmes moyens comprennent un circuit de réception du signal électrique transmis par les quatrièmes moyens, un régulateur à action proportionnelle qui est commandé par ledit signal reçu et qui comm prend des moyens pour comparer ce signal à un signal de référence déterminant la tension désirée du fil, le signal d'erreur résultant de la comparaison étant transmis à un organe de commande de la vitesse du moteur entraînant les satellites du différentiel, la vitesse de déroulement de la bobine débitrice prenant une valeur telle que la tension du fil soit égale à la tension désirée. 13. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le bras tournant peut coulisser et être fixé en une position adaptée au diamètre du corps fixe.