Brevet FR2374254A1 — publié le 19780713

La présente invention concerne un dispositif destiné à compenser les déplacements relatifs des aires de stockage lors du chargement ou du déchargement d4un navire. Ces déplacements, orientés suivant une direction verticale, peuvent atteindre une amplitude importante. Ils sont dus à la houle qui crée ainsi des difficultés supplémentaires pour la prise ou la dépose de charges le plus souvent lourdes sur le pont dtun navire. Ces charges sont manutentionnées à partir d'un engin, par exemple une grue portuaire de grande capacité. Par conséquent, lorsque la charge approche de l'aire de dépose, le grutier s'en trouve relativement éloigné. La précision et la rapidité de ses ordres sont diminuées.On comprend que les déplacements imprévus de la surface vers laquelle la charge suspendue à engin de levage est approchée risquent de provoquer un choc violent entre cette surface et la charge, ce qui peut détériorer la charge ou endommager le pont du navire. I1 en est de même Si ltaire de stockage est fixe et la grue montée sur un bateau ou une plateforme soumis au mouvement vertical de la houle. La sécurité et la rapidité des opérations de chargement (ou de déchargement) sont -aléatoiras. On connait des dispositifs compensateurs de houle qui présentent principalement les inconvénients suivants - complication des mouflages de levage - alourdissement important des masses suspendues à ltengin de manutention, ce qui réduit la capacité de levage. La présente invention a pour but d'éviter les inconvénients dus au déplacement relatif provoqué par la houle et de réaliser un dispositif compensateur assurant l'asservissement automatique des déplacements verticaux d'un système de levage auxdéplacements verticaux d'une aire de prise ou de dépose d'une charge. Selon l'invention, un dispositif compensateur de houle comprend un ensemble dtasservissement fixé sur un moufle de levage de lrengin de manutention, et il est caractérisé en ce que ltensem- bled'asservissement comprend un tambour tournant autour d'un axe auquel est fixé un dispositif de commande dtun treuil de levage, 11 axe du tambour, libre en rotation sur le moufle, étant - relié au tambour par un moyen de rappel et un disposi- tif limiteur d'efforts, la rotation du tambour étant enfin commandée par un opérateur placé sur l'aire de stockage et agissant sur un câble enroulé sur le tambour du système d'asservissement Suivant une autre caractéristique, la liaison entre le tambour à câble et l'axe du tambour est réalisée par un système à frictions comportant par exemple deux disques calés en rotation sur l'axe et maintenus en appui contre les flasques du tambour par des ressorts de compression. Ce dispositif à friction évite la détérioration du dispositif en cas d'efforts anormaux. Suivant une autre caractéristique, le dis-ositif dasservisse- ment comprend, outre le tambour à câble, Uli potentiomètre solidaire du moufle de levage et transmettant les informations aux mécanismes de levage par ltintermediaire uu déplacement. d'un curseur solidaire de l'axe du tambour. Suivant une autre caractéristique, les informations sont transmises aux mécanismes de levage par un câble électrique circulant sur un enrouleur disposé en titre de flèche. Suivant une autre caractéristique, une grille de commande, placée dans la cabine de manoeuvre, permet au grutier de conserver en permanence la maitrise des commandes ; l'aide d'un simple levier de commutation. Suivant une autre caractéristique, lorsque ltopérateur placé sur l'aire de dépose de la charge saisit l'extrémité du cordon enroulé sur le tambour du dispositif d'asservissement, le système compensateur assure le maintien d'une distance constante entre la charge et la surface sur laquelle est installé ltopérateur, toutes les variations de distances étant enregistrées par le potentiomètre et transmises aux mécanismes de levage. Suivant une autre caractéristique, la pose de la charge est réalisée par l'Dpérateur tirant sur le cordon de manoeuvre, provoquant - la rotation du tambour - la transmission de ce mouvement au curseur par l'in~ termédiaire du dispositif à friction - le déplacement du curseur et la modification de l'information transmise par le potentiomètre ; - la commande des mécanismes de levage et la dépose de la charge. Lorsque l'on veut prendre une charge à l'aide d'un engin de manutention susceptible de subir des déplacements verticaux par rapport à l'aire de stockage; l'opérateur déroule d'abord le cordon de manoeuvre, accroche la charge puis la décolle en relâchant pro gressivement le cordon qui stenroule sur le tambour sous l'effet du ressort de rappel en position de levage, Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre les caracteristiques de l'invention. Fig. 1 est une vue générale d'un système de chargement de navire équipé dtun dispositif dtasservissement selon ltinvention pour la compensation des mouvements verticaux dus à la houle. Fig. 2 est une coupe médiane longitudinale d'un mode de réalisation du dispositif compensateur. Fig. 3 illustre le déplacement d'un curseur avec l'axe du tambour d'asservissement. Fig. 4 montre, schématiquement, la grille de commande à la disposition du grutier. Fig. 5 est le schéma électrique d'un système d'asservissement permettant au grutier de rester mattre des commandes. Fig. 6 montre une position d'équilibre assurée par le dispositif compensateur. Fig. 7 est un diagramme illustrant les mouvements de la charge et du navire. Elle correspond au dispositif de la fig. 6. Fig. 8 et 9 sont une vue schématique et un diagramme illustrant la pose dtune charge en utilisant le système d'asservisse- ment. Fig. 10, 11 et 12 montrent les opérations et le trajet d'une charge prise sur une aire soumise à des déplacements verticaux, pour autre posée sur une aire de stockage fixe. Fig. 13 et 14 sont respectivement une vue schématiqué et un diagramme montrant une variante dans laquelle la grue est mobile, alors que l'aire de pose ou de prise est fixe. On a représenté sur la fig. 1 un dispositif pour le chargement ou le déchargement d'un navire comprenant un engin de manutention 1 constitué par exemple par une grue portuaire 2 montée sur une plate-forme fixe 3. Des mécanismes de levage (non représentés) sont commandés par un grutier placé dans la cabine 4 et ordonnant la montée ou la descente d'un moufle de levage 5 suspendu par des câbles 6 à l'extrémité de la flèche 7 de la grue. Une charge 9 devant autre déposée sur le pont 10 d'un navire 8 est suspendue au moufle 5. La distance 11 entre la charge et i pont du navire varie constamment avec la houle. Pour éviter cette variation, souvent brutale et imprévisible, le moufle 5 est équipé d'un système dtasservissement 12 qui consti tue un dispositif compensateur. Ce dispositif comprend notamment un tambour 13 sur lequel est enroulé un cordon 14 commandé par un opérateur 15 placé sur le pont du navire. L'axe 16 de ce tambour est libre en rotation sur le moufle 5. Il est équipé du système 12, par exemple électrique, qui transmet les informations aux mécanis- mes de levage par un câble 17 reliant le système 12 à la cabine 4 de la grue. Un enrouler 18, placé en titre de la flèche 7, permet au cible 17 de suivre les déplacements verticaux du moufle. On a représenté sur la fig. 2 une coupe détaillée et agrandie du dispositif compensateur fixé au moufle 5. On notera que, dans tous les dessins, la taille du système compensateur, objet de l'invention, a été volontairement agrandie par rapport à celle du moufle. En réalité, le mécanisme compensateur 12 est peu encombrant. Le compensateur de houle comprend - le tambour 13 sur lequel s'enroule le câble ou cordon 14; - un carter 19, solidaire du moufle 5 et contenant des paliers 20 dans lesquels est monté, libre en rotation, l'axe 16 du tambour - un dispositif à friction constitué par exemple par deux disques 21 et 22, disposés de part et d'autre des flasques du tambour 13,et calés en rotatiosur l'axe 16 par exemplé à l'aide de clavettes 23; le disque 21 peut coulisser le long de cet axe 16; - des moyens élastiques de compression 24 disposés entre l'are 16 et le disque 21 pour maintenir les disques 21 et 22 en appui contre les flasques du tambour qui est libre en rotation sur son axe 16 - un moyen de rappel, par exemple un ressort de torsion 25 fixé d'une part sur l'axe 16 (ou le disque 22), d'autre part sur le carter 19 (ou le palier 20 qui est solidaire di carter) - un potentiomètre 27 dont le curseur 26 est solidaire de l'axe 16 ayant une rotation limitées par deux butées 28. La compensation ou la commande directe par le grutier est illus trée par le schéma de la fig. 5. Elle est fonction de la position du lev &commat; r 30 de commutation. Le potentiomètre 31 est muni d'un cursa9r/dont la position définit la vitesse du moufle lorsque le grutier commande directement la manoeuvre. Ltalimsentation électrique est commune aux deux potentiomètres 27 et 31. On a représenté sur la figure 3 un potentiomètre 27 disposé concentriquement à l'axe 16 du tambour compensateur. Le curseur 26 tourne avec cet axe en se déplaçant le long du potentiomtre. Enfin, la fig. 4 montre, schématiquement, la grille de manoeuvre et de commande à la disposition du grutier. Le levier 30 peut autre déplacé le long de la branche 33a entre - une position gauche dans laquelle le système de compensation est mis en circuit - une position centrale 35 dans laquelle le commutateur 36 passe à la position A, court-circuitant le potentiomètre 27 (fig. 5); - une position extrême droite 37 où l'ensemble du dispositif de levage est bloqué. Lorsque le grutier commande directement le moufle de levage, il peut le manoeuvrer à la descente ou à la montée, suivant qu'il déplace le levier 30 suivant les flèches 40 et 41 le long de la branche 33b de la grille de manoeuvre. Le fonctionnement du dispositif d'asservissement est illustré par les fig. 6 à 14. A titre d'exemples, ce fonctionnement sera décrit dans plusieurs cas de manutention, ces exemples n1 étant pas limitatifs. 10 Dépose d'une charge sur une aire de stockage mobile, à l'aide d'un engin de levage monté sur une surface fixe (fig. 6). On peut distinguer les étapes successivés suivantes a) le levier de manoeuvre 30 est placé de façon à se déplacer le long de la branche 33b de la grille 33 (fig. 4). Le commutateur 36 est alors en position A et le potentiomètre compensateur est court-circuité. Le grutier descend le moufle 5 depuis le haut de la tête de flèche jusqu'à une distance h du pont 10 du navire. Cette descente est illustrée par la portion 43 de la courbe 42 tracée sur le diagramme de la fig. 7. Ce diagramme représente également les déplacements verticaux dans le temps de la plate-forme 3 (droite horizontale 44) et du pont 10 du navire (mouvement de type sinusoidal représenté par la courbe 45). b) ainsi qu'on l'a vu, pendant cette descente classique du moufle 5, le système compensateur 12 est au repos. Il est réglé de façon que - leomoyen de rappel 25 (par exemple un ressort de torsion) maintient ltaxe 16 dans une position telle que le curseur 26 soit à la position de commande en montée du moufle 5 - le dispositif représenté à titre d'exemple sur la fig.2 assure cette fonction par l'intermédiaire de disques de friction et d'un ressort de torsion - le levage des charges et du moufle 5 est assuré lorsque le curseur 26 est sur la portionpositive du potentiomètre(fig. 3) - une extrémité du cordon est fixée sur le tambour 13 autour duquel est enroulez une partie de ce cordon, alors que sa partie opposée reste libre, non enroulée et pend à l'extérieur du carter 19 vers ltopérateur 15 placé sur l'aire de stockage (aire mobile 10, fig. 1 et 2) Bien entendu, un autre montage électrique pourrait provoquer le levage quand le curseur se rapproche de la borne négative de 27. c)Lorsque le moufle est dans la position illustrée sur la fig. 6 et représentée par le point 47 de la fig. 7, le grutier stoppe la descente du moufle : il place le levier 30 au point "zéro" 35. Il déplace ensuite ce levier lelong de la branche 33a jusqu'à la position 34 (fig. 4). Le commutateur 36 bascule à 8 position B (fig. 5) et ltappareillage de levage est commandé à travers le compensateur 12. Dans le marne temps, l'opérateur 15 saisit l'extrémité libre du cordon 14 enroulé sur le tambour 13. d) Le diagramme de la figure 7 montre, entre les points 46 et 47, le déplacement du moufle 5 en fonction du déplacement de l'aire mobile de stockage 10, ceci sans que l'opérateur 15 n'agisse sur le cordon 14 qutil lui suffit de maintenir. Quand le navire 8 s'enfonce sous l'effet de la houle, la distance h tend à aug menteur. L'opérateur descend aussi et ce mouvement provoque le déroulement du cordon 14. Par le dispositif à friction, la rotation du tambour 13 (due au déroulement du cordon) est communiquée au curseur 26 qui se déplace (flèche 51) vers la borne négative (ou positive) du potentiomètre 27. L'information envoyée vers les mécanismes de levage 50 est ainsi modifiée avec le déplacement du curseur 26, ce déplacement n'étant fonction que de la distance h entre le moufle 5 et la surface mobile 10 (figures 3 9. 7to Oncomprend que, lorsque le navire 8 arrive en fond de houle (point 48) et qutil commence à remonter, le ressort de rappel du dispositif compensateur provoque automatiquement l'enroulement du câble 14 autour du tambour 13. Le curseur 26 se déplace alors vers la borne positive (ou négative)du potentiomètre, de façon à entratner la montée du moufle 5. Ainsi, entre les points 46 et 47 (fig. 7), le dispositif compensateur permet de maintenir automatiquement une distance constante entre le moufle 5 (ou la charge) et la surface mobile 10 de stockage. e) la dépose de la charge 9 sur l'aire 10 est commandée par l'opérateur 15, comme illustré sur les fig. 8 et 9. Pour cela, il suffit à 11 opérateur de tirer sur le cordon 14 pour provoquer son déroulement du tambour 13 (flèche 52). On a vu que cette ppération commande la descente du moufle 5, donc de la charge 9 (flèche 53). Ainsi, au-delà du point 47 la distance séparant la surface mobile 10 de la charge 9 diminue. L'action de ltopérateur 15 n'annule pas le dispositif compensateur, si bien que la charge est amenée à proximité de la surfacelOsuivant un mouvement compensé, représenté par la courbe 49. La pente moyenne de cette courbe représente la vitesse de descente de la charge. Elle-est fonction de la valeur de la tension délivrée par le potentiomètre. On voit ainsi que ltopérateur peut déposer la charge en douceur sur le pont 10 animé de mouvements verticaux. 20 Prise dtune charge sur un pont mobile La première partie de la manoeuvre, commandée par le grutier à Laide du potentiomètre 31 et du curseur 32 (commutateur en position A; fig. 5) reste inchangée. Le grutier enclenche le système de compensation lorsque le moufle est à la distance h de la charge 9a. Comme on l'a vu précédemment, le moufle se déplace de haut en bas et de bas en haut suivant un mouvement analogue à celui du navire. Ces deux opéra tions sont illustrées sur la fig. 12 par les portions de courbes 54a et 54b de la courbe 54. Llopérateur 15 descend le moufle 5 à proximité de la charge 9a en tirant sur le cordon 14 (flèche 60), cette action provoquant le droulement du câble et la modification de l'information envoyée par le potentiomètre aux mécanismes de levage (fig. 10). Cette manoeuvre est représentée par la portion de courbe 54c (fig. 12). La charge 9a est alors élinguée au système d'accrochage du moufle qui, gracie au système compensateur, suit les déplacements du pont 10 (flèche 59, fig. iî). L'accrochage de la charge au moufle de levage est représenté par le point 55 de la fig. 12. L'opérateur 15 peut alors relâcher le cordon souple 14. Sous l'ef- lot du dispositif de rappel du système 12, ce cordon remonte (flèche 61) pour s'enrouleur autour du tambour 13. En meme temps, le curseur du potentiomètre se déplace pour fournir une informa tion donnant l'ordre de levage (flèche 62) du moufle 5 et de la charge 9a, ce levage représenté par la portion 54d (fig. 12) se fait sous le contrôle du système de compensation 12 (fig. 11). Enfin, lorsque le levage est suffisant pour que la charge soit suspendue au-dessus du pont mobile à une hauteur supérieure à Itamplitude des déplacements verticaux, le grutier doit reprendre en main la commande directe du mécanisme de levage en court-circuitant le dispositif compensateur. Sur le diagramne de la fig. 12, la suppression de la compensation est représentée par le point 56 tandis que le trajet du moufle (ou de la charge) entre cette position suspendue et la dépose sur l'aire de stockage fixe constituée par la plateforme 3est illustrée par la courbe 57. On voit qu'aussi bien dans le cas de la prise de la charge que dans le cas de la pose de la charge sur une aire mobile, le dispositif 12 dtasservissement et de compensation des 'déplacements verticaux commande la descente du moufle lorsque l'opérateur tire sur le cordon 14 et commande la montée du moufle lorsque ltopéra- teur relâche ou donne du mou à ce cordon. On comprend alors que le cordon peut être saisi à n1 importe quel moment du mouvement de houle.En effet - si le navire est on creux de houle, la remontée du navire maintient le cordon du potentiomètre en position du levage - si le navire est en cette de houle, l'amorce de sa dgs- cente provoque la tension du cordon tenu par 11 opérateur ; ce cordon se dérdule du tambour 13 en entraînant, par les systèmes de liaison (friction-ressort) le curseur du potentiomètre vers la position de commande à la descente du moufle. On a représenté sur les fig.13 et 14 une variante dans laquelle les déplaoements verticaux sont appliqués à la grue de levage 65 portée par le pont d'un navire 66. Les déplacements h dus à la houle sont donc appliqués à la tette 67 de la flèche sur laquelle est suspendu le moufle de levage 5 équipé d'un système d'asservissement 12 selon l'invention. Ltaire de dépose de la charge 68 est constituée par un quai ou une plateforme fixe 69. Lorsque l'on veut manoeuvrer la charge 68 au-dessus du pont 70 du navire, le système de compensation est inutile. En effet, la grue suit fidèlement les déplacements du pont mobile 70. Ces mouvements sont représentés par les courbes d'allure sinugoldale 71 (pour le pont 70) et 72, en traits interrompus (pour la charge 68 suspendue au-dessus du pont). Le système d'asservissement est manoeuvré comme on l'a décrit précédemment, par un opérateur placé sur l'aire de stockage 69. Le grutier amène, de façon classique, la charge au-dessus de cette surface, à une distance supérieure au déplacement vertical de la teste de flèche 67. Ensuite, il enclenche le système compensateur dont le cordon de manoeuvre 14 est tenu par l'opé- rateur 15. Les déplacements du navire donc de la grue 65 sont transmis à la charge suspendue 68, qui, sans action sur les mécanismes de levage, se soulève et s'abaisse suivant la courbe 72 (fig. 14). Ce déplacement, de type sinusordal, est compensé par le système d'asservissement 12. En effet, lorsque le navire, donc le moufle, s'abaissent, le cordon 14 prend du mou et le potentiomètre commande le levage du moufle 5 et le la charge 68. Au contraire, lorsque le navire remonte en cr8te de houle, en entratnant vers le haut la charge 68, la tension créée par le cordon 14 provoque le déplacement du curseur du-potentiomètre qui fournit aux mécanismes de levage une information commandant la descente du moufle et de la charge. En conséquence, la charge reste à une distance constante hO représentée par la droite 74, parallèle à l'axe des abscisses, sur le diagramme de la fig. 14. Cette droite 74 est engendrée par la somme, à un instant donné, des courbes 72 et 73 de type sinusoidal, et représentant respectivement les déplacements dus à la houle et au système d'asservissement. Enfin, le diagramme de la fig. 14 illustre la pose d'une charge sur une plate-forme tixe 69. Cette pose est contralée par le système d'asservissement 12-et commandée par l'opérateur 15 qui - tend et déroule le cordon 14 pour provoquer la descente compensée de la charge (portion 75) ; -. relâche le cordon pour permettre la remontée du moufle 5 (portion 76), Les trajets initial 77 et final 78 sont commandés directement par le grutier (fig. 14), sans compensation (d'où les courbes en S). Bien entendu, les exemples précédents pont été décrits qutà ti- tre indicatif. On ne sortirait pas du domaine de l'invention si les deux aires de prise a de dépose de la charge étaient mobiles. Le système devrait alors tenir compte du déplacement maximal suivant la verticale, tandis que l'opérateur contrôlant et commandant le système d'asservissement serait toujours placé sur la surface mobile par rapport à la surface portant la grue ou lten- gin de manutention. De mimez on ne sortirait pas du cadre de l'invention en modifiant les détails d'exécution de la structure du système de compensation ou d'asservissement. Par exemple, le dispositif de commande pourrait autre un système électronique d'un type quelconque connu tandis que les moyens de rappel du cordon sont toujours disposé de façon à maintenir le système compensateur en position "comman- de de levage". REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'asservissement, destiné notamment à compenser des effets de houle au cours de la pépose ou de la prise d'une charge sur une surface mobile verticalement par rapport à la surface portant l'engin dé manutension, caractérisé en cë qu'il est solidaire d'un moufle de levage, tandis qutil comporte :: - un tambour tournant autour d'un axe monté libre en rotation sur le moufle; - un cordon de manoeuvre dont une extrémité est fixée sur le tambour autour duquel ce cordon est,aurnoins en partie,enSoul6; - un dispositif limiteur d'efforts disposé entrez'axe et le tambour pour transmettresà un dispositif solidaire de l'axe, le déplacement angulaire du tambour - des moyens de rappel fixés d'une part sur l'axe rotatif et d'autre part sur une pièce solidaire du moufle; alors qu"enfin, la rotation du tambour est définie par un opéra- teur placé sur l'aire mobile relativement au moufle de l'engin. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le limiteur dtefforts est un système à friction comportant deux disques calés en rotation sur l'axe, l'un d'eux étant monté coulissant, des ressorts de pression maintenant les deux disques en ap pui contre les deux flasques du tambour 3 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un potentiomètre solidaire du moufle et muni d'un curseur solidaire de l'axe du tambour, le déplacement du curseur modifiant l'information transmise par le potentiomètre aux mécanismes de levage auxquels il est relié par un cabrage circulant sur un enrouleur disposé sur engin de manutention. 4 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre à partir dtune grille de commande placée dans la cabine de manoeuvre de l'engin, si bien que le grutier peut conserver en permanence la maxtrise des commandes, à l'aide d'ue simple levier de commutation. 5 - Procédé pour maintenir,à l'aide du dispositif suivant les revendications 1 à 4,une distance constante entre une charge et une surface animées de mouvements verticaux relatifs, caractérisé en ce qu'il consiste,pour l'opérateur placé sur l'aire de dépose ou de prise,à saisir le bout libre du cordon de manoeuvre de l'as- servissement,et à maintenir ce cordon tendu, les variations d'écarts entre la charge et la surface de dépose étant toutes enre gistrées par le potentiomètre et transmises aux mécanismes de levage. 6 - Procédé de pose d'une charge par la mise en oeuvre d'un dispositif d'asservissement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il consiste, pour l'opérateur, à tirer sur le cordon de manoeuvre, de façon à provoquer: - la rotation du tambour - la transmission de ce mouvement au curseur par l'intermédiaire du dispositif à friction ; - le déplacement du curseur et la modification de l'in- formation transmise par le potentiomètre - la commande des mécanismes de levage et la dépose de la charge. 7 - Procédé pour la prise d'une charge à l'aide d'un engin de manutention équipé dtun dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'opérateur déroule d'abord le cordon de manoeuvre, accroche la charge puis la décolle en reltohant pregressivement le cordon qui stenroule sur le tambour sous l'effet du ressort de rappel en position de levage, 8 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qutil consiste à asservir le déplacement vertical d'une chargeas déplacements relatifs d'au moins deus surfaces mobiles verticalement ltune par rapport à l'autre, Lto- pérateur contrelant et commandant le système d'asservissement étant toujours placé sur la surface mobile par rapport à la surface portant l'engin de manutention.