Brevet FR2488865A1 — publié le 19820226

La présente invention a pour objet un système de sécu- rité pour appareil de levage à commande hydraulique, comportant des bras articulés les uns sur les autres autour d'axes horizontaux. La figure 1 du dessin schématique annexé représente une grue pouvant être équipée de ce système de sécurité. Cette grue comprend un fat 2, à l'extrémité supérieur duquel est articulé autour d'un axe Ai un bras 2, à l'autre extrémité duquel est articulé autour d'un axe B1 un bras 4 équipé d'un prolongement télescopique 5. Les pivotements respectifs des bras 2 et 4 sont obtenus à l'aide de vérins Vi et V2. Ces vérins et celui, non représenté actionnant l'élé- ment télescopique 5 sont mus par l'utilisation de fluide hydraulique,dont les sorties ou rentrées de tige ou leur combinaison permettent d'obtenir ltensemble des mouvements que l'appareil est capable d'effectuer. L'alimentation en fluide hydraulique peut être obtenue par une pompe et l'orientation du flux vers le mouvement désiré est obtenue par un système de distributeur hydraulique comportant autant de corps que de mouvements que l'appareil est capable d'exécuter, On sait que tout système hydraulique peut être équipé d'un dispositif s'opposant à la surcharge par la limitation de la valeur de la pression. On pourrait donc supposer que la solution du problème pourrait astre obtenue par l'utilisation d'un tel appareil.Or il nten est rien car un tel dispbsitif ne peut contrôler que les effets dynamiques, ctest-à-dire ceux dont l'opération est en cours, l'exécution d'un mouvement quelconque ayant toujours des effets secondaires sur les vérins qui ne sont pas sollicités par ltopération en cours, et à l'intérieur desquels sont enregistrées des pressions dont la valeur peut atteindre deux à trois fois la valeur de la pression admise par le dispositif de contrôle de la pression maximale tolérée. I1 serait aussi possible d'inclure une soupape de décharge sur chaque mouvement de façon à interdire l'augmentation de pression statique, mais on aboutirait alors à une descente incontrôlée de la charge, conséquence inadmissible au regard de la législation et pouvant créer des situations des plus dangereuses. il est donc apparu nécessaire d'équiper ces appareils d'un système plus complexe et destiné à surveiller l'augmentation de cette pression secondaire et en limiter la valeur à son maximum toléré. De la figure 1 ci-annexée il ressort que ltexécution d'un mouvement déterminé peut avoir des conséquences totalement différentes selon la position qu'occupent les différents bras mobiles de l'appareil dans leur plan de dépla- cement. La figure 2 représentant les principaux organes de la grue dans différentes positions montre que la rotation du bras 2 autour de l'axe Al du fût 2, entre sa position extrême basse et l'horizontale A passant par AI aura pour conséquence d'augmenter le moment de la charge par rapport à 2, quand la rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, du bras 3, s'effectuera vers la ligne horizontale A. Conséquemment le moment de la charge par rapport au fût 2 diminuera quand la rotation du bras 2 s'effectuera dans le sens des aiguilles d'une montre vers la position extrême basse. Inversement si la rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre autour de l'articulation AI s'effectue après que le bras 2 ait franchi la ligne horizontale A, cette rotation aura pour conséquence de faire diminuer le moment de la charge par rapport au fAt 2. Lorsque le bras 2 se trouve au dessus de la ligne A la rotation du bras 2 dans le sens des aiguilles d'une montre aura pour conséquence de faire croître le moment de la charge par rapport au fat 2. De même la rotation du bras 4 autour de son articulation B1 sur le bras 2 aura pour effet - Si le bras 3 est en dessous de la ligne A, la rotation de 4 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre aura pour effet d'augmenter le moment de la charge par rapport â B1 et AI, et inversement la rotation dans le sens des aiguilles d'une montre aura pour effet de diminuer ce même moment. - Si le bras 3 est au dessus de la ligne A la rotation du bras 4 dans le seaa inverse des aiguilles d'une montre aura pour effet d'augmenter le moment jusqu'à ce que l'angle formé par le bras 2 et le bras 4 soit supplémentaire de l'angle formé par la ligne A et le bras 2 ; au delà de cette valeur la même rotation de 4 aura pour effet de diminuer le moment. En conséquence, la rotation du bras 4 dans le sens des aiguilles d'une montre autour de l'articulation B1 aura les effets inverses soit, une augmentation du moment tant que l'angle formé par les bras 2 et 4 sera supérieur à lwangle supplémentaire de l'angle formé par le bras 2 et la ligne A et le moment diminuera si l'angle formé par 2 et 4 est inférieur à l'angle supplémentaire de 2 et la ligne A. Enfin, on voit que l'augmentation de la portée par l'utilisation de la partie télescopique 5 du bras 4 aura toujours pour effet d'augmenter le moment de la charge par rapport au fat 2,quelle que soit la position des bras 2 et 4 dans le plan de leur déplacement. La présente invention vise à fournir un systeme de sécurité tenant compte des différents paramètres indiqués ci-dessus. A cet effet, ce système, du type appliqué à un appareil comportant trois bras articulés s les uns sur les autres autour de deux axes parallèles et commandés en mouvement par deux vérins hydrauliques, comprend d'une part un dispositif de mesure de la pression statique à l'intérieur de chaque vérin, et d'autre part un dispositif de mesure de l'angle que forme chaque bras avec le bras sur lequel il est articulé, des moyens de traitonont des informations recueillies étant prévus qui empêchent la poursuite d'un mouvement aggravant lorsqu'une valeur limite tolérée est atteinte. Selon une caractéristique de l'invention, ce système comprend des moyens de mesure de la supplémentarité des angles que forment le second et le troisième bras d'une part et le second bras avec l'horizontale d'autre part. Selon une forme d'exécution le dispositif de mesure de l'angle que forme chaque bras avec le bras sur lequel il est articulé est constitué par un potentiomètre dont la partie fixe est montée sur un bras et dont la partie mobile est montée sur l'autre bras. Le potentiomètre monté entre le premier et le second bras est calé de telle sorte qu'il ne permette le passage de courant que lorsque le second bras est situé au-dessus du plan contenant l'axe d'articulation sur le premier bras, tandis que le potentiomètre placé entre le second et le troisième bras est calé de telle sorte qu'il laisse passer un courant sur la totalité de la course utile comprise entre une position ourles second et troisième bras forment un angle et une position dans laquelle ils sont dans le prolongement l'un de l'autre, une même variation angulaire des deux potentiomètres engendrant une même variation de la quantité de courant. il est placé sur l'axe d'articulation AI un potentiomètre PI disposé de telle sorte qu'il soit d'une part solidaire dtun axe lui même solidaire du fût 2, d'autre part, la partie variable du potentiomètre est rendue solidaire du bras 3. Le déplacement en rotation du bras 3 va faire varier la quantité de courant qui traverse le potentiomètre et ceci proportionnellement à la variation angulaire qui va se produire entre le fût-2 et le bras 2 De même il sera placé au point d'articulation B1 un autre potentiomètre P2, qui sera disposé de telle sorte qu'il soit d'une part solidaire d'un axe lui même solidaire du bras 3, et d'autre part-la partie variable du potentiomètre, sera rendue solidaire du bras 4. La rotation du bras 4 va faire varier la quantité de courant qui traverse -le potentiomètre et ceci toujours proportionnellement a la valeur de la rotation du bras 8 par rapport au bras 3. Dans le réglage des dents potentiomètres PI êt P2 une même varitation angulaire engendrera une même variation de la quantité de courant qui traverse chaque potentiomètre. Conformément à une première possibilité les gradations des deux potentiomètres sont croissantes pour des variations d'angles dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, le traitement des informations étant tel qu'il consiste à additionner les deux courants traversant les potentiomètres et à comparer la valeur obtenue à la valeur maximale du courant debitable par l'un deux. Dès atteinte du seuil critique de pression, si la somme des courants des potentiomètres P1 et P2 est inférieure a la valeur débitable par P2, les figures 2 et 3 montrent que le bras se trouve en-dessous de l'un des plans horizontaux A passant par AI ou B passant par B1, et qu'un mouvement de sortie de tige du vérin V2, soit donc une élévation de la charge, aura pour effet dtaugmenter le moment de cette charge par rapport au fût 2 et doit être interdite, mais la descente doit rester autorisée. Si la quantité de courant est supérieure à la valeur ma ximMedébitable par P2, c'est que le point d'application de la charge se trouve au-dessus des plans horizontaux A et B et qutalors la descente doit être interdite mais la montée autorisée. Conformément à une seconde possibilité la gradation du potentiomètre placé entre les premier et second bras est croissante dans le sens des aiguilles d'une montre, et la gradation du potentiomètre placé entre les second et troisième bras est croissante dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, le traitement des informations étant tel que soient comparées les valeurs des deux courants traversant les potentiomètres. Les trois éventualités suivantes peuvent se produire - Egalité entre les deux potentiomètres : le bras 4 est horizontal. - La valeur du potentiomètre PI est supérieure à celle de P2 : le bras 4 est en-dessus de l'horizontale. - La valeur du potentiomètre P1 est inférieure à celle du potentiomètre P2 : le bras 4 se trouve en-dessous de l'horizontale. L'avantage de cette exploitation est que les informations sont fournies à trois niveaux qui sont : égalité, supérieur, inférieur. Dans 1'exploitation précédente, les informations étaient fournies à deux niveaux qui étaient : inférieur ou supérieur, si bien qu'il était nécessaire d'assimiler l'in-- formation égalité à supérieur ou inférieur. Cette assimilation avait pour effet que si le point critique était atteint à l'horizontale, le mouvement était automatiquement interrompu, et seul le mouvement inverse était possible ; dans la nouvelle variante, le mouvement pourra être continu puisqu'il aura pour effet d'inverser ltéquation. Le traitement et l'exploitation des informations peuvent être réalisés de différentes façons Selon une première possibilité, il est procédé à une détection des mouvements effectués s au niveau distributeur et la mise en sécurité est obtenue en agissant sur une électrovanne montée sur le circuit de sécurité du système hydraulique. Selon une deuxième possibilité le dispositif de traitement des informations agit sur les électrodistributeurs associés aux circuits hydrauliques de commande des différents vérins. L'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé dans lequel Figure 4 est une vue de la grille de commande du distributeur Figure 5 est une vue du schéma électrique d'un système de securité à traitement électrique Figure 6 et 7 sont deux vues d'un système de commande à traitement électrique et hydraulique, la partie électrique étant plus spécialement montrée à la figure 6 et la partie hydraulique â la figure 7. La grille de commande du distributeur, représentée à f igure 4, illustre les différents mouvements suivants - A : sottie de tige du ve'rin V1 = levage - B : rentrée de tige du vérin V1 = descente - C : sortie de tige du vérin V2 = levage - D : rentrée de tige du vérin V2 = descente - E : sotie de tige du télescope = allonge - F : rentrée de tige du télescope = raccourcissement La grille de commande pourrait entre différente ou comporter plus de positions en fonction de la conception ou des performances de l'appareil. Le contact du capteur de pression s'ouvre à une valeur inférieure au tarage de la soupape de décharge du système hydraulique, la différence est de l'ordre de 5 %. Sur le schéma, on considère que le danger n'existe que sur le vé- rin V1 (ceci afin de réduire l'importance du schéma). La tolérance masimale admissible est de 5 % au-dessus de la valeur nominale, ce qui revient ri dire que le système est établi pour intervenir a la valeur nominale. Différents cas sont envisagés ci-après avec un traite ment électrique des informations - Exécution d'un mouvement A ou C avec atteinte du point de mise en sécurité. Mouvement A : Le microcontact A de détection du sens de mouvement est fermé, le contact fin de course V1 est ouvert le relais RA désalimenté, le mouvement s'effectue. A la valeur définie par le manomètre 6 le contact s'ouvre, RD est désalimenté et ferme après temporisation le contact RD.T1; le contact RD.T2 se ferme de meme après temporisation. Le relais RD@ étant alors alimenté, le contact RD2.T1 se fcrme instantanément, le relais de puissance RP roçoit alors les informations fournies par les potentiomètres P1 ct P2. Dans le cas envisagé la valeur reçue est inférieure la valeur maximale Ciébitée par P2. Le relais RC est alors alimenté et va former le contact RCI interdisant le mouvement C.Si C était en cours simultanément avec A, les deux mouvements sont stoppés par l'ouverture du contact RS. 1 sur la ligne de EV puisque RSI est alimenté. Si seul le mouvement A était en cours au moment de l'ouverture du manomètre G, le mouvement A se poursuiv-ait jusqu'à ce que la valeur de la pression dans le vérin V1 atteigne la valeur de tarage de la soupape générale du circuit, dans le cas envisagé + 5 % de la valeur nominale.Dans l'un ou l'autre des cas précédents, les mouvements BDF pourront être effectués si C n'est pas conjointement tenté. Le mouvement E est impossible car le contact RC.2 s'est fermé dès que le relais RC a e' été alimenté. En effet, si E est tenté, le microcontact E se ferme et permet l'alimenta- tion du relais RE qui va ouvrir le contact RE.I de la ligne d'alimentation de EV. Le mouvement F est toujours possible à condition de ne pas le tenter simultanément avec le groupe de mouvements ayant créé la mise en sécurité. - Exécution d'un mouvement B ou D avec mise en défaut lors de l'opération : La mise en sécurité s'effectue exactement de la meme façon que précédemment par ouverture du contact du capteur de pression. Le relais RP alimenté par les potentiomètres va enregistrer la valeur de puissance prédéterminée et corrcspondant a défaut sur BD et ainsi alimenter le relais RBD et le processus sera alors identique, mais à l'inverse dc celui décrit dans l'exemple dc mise cn sécurité de AC. Les mouvements E et F auront les mêmes effets que pour mise en défaut sur AC. Cet agencement est très intéressant car permettant, en l'absence de défant, de croiser tous les mouveements de commande du distributeur. Il peut être envisagé une autre forme d'exploitation des informations recueillies, qui combincra un traitement électrique et hydraulique, comme montré aux figures 6 et 7. Les informations concernant le seuil de pression @ ue pas dépasser seront traitées comme dans la solution tout électrique et fournies par le contact du m@n@mètie 6 qui conper@ l'alimentation du relais RD qui, après temporisation, va fermer les contacts RD.T1 et RD.T2 ; le relais RD2 étant alimenté, le relais RD2.T1 va se fermer à son tour. La utile des potentiomètres P1 et P2 étant alors alimentée, le relais RP va recevoir les informations fournies par P1 et P2 et va, selon la valeur du courant reçu, alimenter soit le relais fli, soit le relais R2. Dans le cas choisi, 011 considère que le défaut est survenu lors de l'exécution du mouvement B ou D. L'alimentation de n2 va ouvrir le contact de la ligne 2E d'alimenta- tion de l'électro valve 2E de la figure 6. Si le défaut était apparu sur le mouvement C, le relais R1 aurait alors ouvert le contact R1 de la ligne 1E, La ligne 3E, commandée par le relais R3 est une ligne de fin de course du vérin V1 indépendante du système de sécurité. Les informations, ayant été traitées comme décrit pré- cédemment, aboutissent alors a interrompre alternativement l'alimentation soit de lE ou 2E selon le défaut enregistré. Comme précédemment, on considère que la mise en défaut a eu lieu sur un mouvement B ou D. La position repos de l'électro-vanne 2E est celle représentée sur la figure 7, c'est-à-dire avec retour au réservoir du fluide hydraulique qui le traverse. Cette solution oblige donc a avoir le système sous tension pour pouvoir utiliser l'appareil. Les groupes de mouvements ayant les mêmes effets sont BDE et ACE. Si un de faut apparait sur B, l'alimentation de l'électovanne 2E sera interrompue, le clapet de non retour C pilotage hydraulique CRFIî se ferme, le fluide hydraulique qui arrivait par C1 va passer par le clapet de non retour CRI et va retourner au réservoir a travers l'électro vanne 2E. Le mouvement est bien interrompu, le mouvement E qui est toujours aggravant n'est pas possible car s'il é était tent, le fluide arrivant par C2 traverserait le clapet de non retour CR2 et retournerait au réservoir a travers l'électro vanne 2E. Il en est de même pour le mouvement D, où le fluide traversera le clapet de non retour CR3 pour retourner au réservoir au travers de 2E ouvert. Pour les mouvenients C et E le processus est le même mais avec desalimentation de 1E. La mise en sécurité sur un groupe de mouvements permet toujours les mouvements désaggravants ; la mise en securité étant intervenue sur B, les mouvements désaggravallts étant ACF, on voit que l'électro-vanne lE étant alimentée, le fluide hydraulique est bien dirigé sur les chambres de vé- rins ACF correspondant à ces mouvements.Le mouvement F, toujours désaggravant, est toujours possible tandis que E, toujours aggravant, est systématiquement interdit si l'une ou l'autre des électro-vannes est désalimentée, donc en défaut. Les clapets CRI a CR5 sont destinés à éviter les transferts d'un mouvement sur l'autre. Les clapets CRH1 à CRH5 sont des clapets de retenue à pilotage hydraulique bloquant la charge en position, en cas de rupture ou de fuite sur le circuit hydraulique. il est à noter que l'exploitation des informations par ce système permet de réduire au maximum le schéma électrique, puisqu'aucune intervention électrique n'est demandée au niveau des tiroirs de distributeur. Comme pour l'exécution électrique, cette réalisation permet le croisement de différents mouvements. tant que le seuil de danger ntest pas atteint. Comme il va de soi l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce système décrites ci-dessus à titre d'exemples, elle en embrasse au contraire, toutes les variantes de réalisation. C'est ainsi notamment que les informations concernant la position relative des diffé- rents bras pourraient être obtenues de manière différente par exemple en contrôlant la valeur des sorties de tige des vérins ou la variation de la distance entre le vérin V1 et le fût 2 et le vérin V2 et le bras 3, ou la variation angulaire des vérins V1 et V2 pra des méthodes potentiomètriques, ou toute autre méthode mécanique, clectriquc ou optique Ce système pourrait également être appliqué à une grue comportant un nombre supérieur de bras.Ainsi, dans le cas d'une grue à quatre bras, il faut mesurer trois angles sitdés aux points d'intersection des quatre bras. Une mesure au niveau des angles entre les premier et second @ras permet de déterminer si la charge est au-dessus ou au-dfessous de l'horizontale passant par l'axe d'articulation entro les second et troisième bras. Si le troisième bras est au-dessous de ce plan horizon tal le quatrième bras et la charge seront éggalement au-dessous de ce plan. Si le troisième bras est au-dessus de ce plan horizonta il convient de déterminer si le quatrième bras est audessus ou au-dessous du plan horizontal passant par l'axe d'articulation entre les troisième et quatrième bras. A cet effet, il est procédé à la comparaison entre l'angle formé par le troisième bras et l'horizontale et l'angle formé entre le quatrième bras et le prolongement du troisième. Lorsque le premier angle est inférieur au second le quatrième bras est au-dessus du plan horizontal passant par l'articulation entre les troisième et quatrième bras, lorsqu'il est égal au second angle le quatrième bras est dans le plan horizontal, et lorsqu'il est supérieur au second angle, le quatrième bras est au-dessous du plail horizontal. La connaissance de ces diverses indications, par mesures potentiomètriques ou autres, permet dtintervenir sur le système de sécurité proprement dit, de façon indiquée précédemment, lorsque le moment de la charge atteint une valeur dangereuse REVENDICATIONS i. - Système de sécurité pour appareil de levage a commande hydraulique, comportant au moins trois bras articulés les uns sur les autres autour de deux axes parallèles, et commandés en mouvement par deux vérins hydrauliques, caractérisé en ce qu'il comprend d'une part un dispositif (6) de mesure de la pression statique à l'intérieur de chaque vérin, et d'autre part un dispositif (P1,P2) de mesure de l'angle que forme chaque bras (2,3) avec le bras (3,4) sur lequel il est articulé, des moyens de traitement des informations recueillies étant prévus qui empêchent la poursuite d'un mouvement aggravant lorsqutune valeur limite toléree est atteinte. 2. - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (P1,P2) de mesure de la sup plémentarité des angles que forment le second (3) et le troisième (4) bras d'une part et le second bras (3) avec l'horizontale (A) d'autre part. 3. - Système selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif de mesure de l'angle que forme chaque bras avec le bras sur léquel il est articulé est constitué par un potentiomètre (P1,P2) dont la partie fixe est montée sur un bras (2,3) et dont la partie mobile est montée sur l'autre bras (3,4). 4. - Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que le potentiomètre (P1) monté entre le premier (2) et le second bras (3) est calé de telle sorte qu'il ne permette le passage de courant que lorsque le second bras (3) est situé au-dessus du plan (A) contenant l'axe d'articulation (A1) sur le premier bras (2), tandis que le potentiomètre (P2) placé entre le second (3) et le troisième bras () est calé de telle sorte qutil laisse passer un courant sur la totalité de la course utile comprise entre une position où les second (3) et troisième bras (4) feu z:: gie et une position dans laquelle is sont dans le prolongement l'un de l'autre, tule même varia Lion angulaire des deux potentiomètres engendrant mie mette v-al-iatioll dc la quantité de courant. 5. - Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que les gradtions des deux potentiomètres (P1,P2) sont croissantes pour des variations d'angles dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, le traitement des informations 'tant tel qu'il consiste à additionner les deux courants traversant les potentiomètres et a comparer la valeur obtenue à la valeur maximale du courant débitable par l'un d'eux. 6. - - Système selon la revendication 4, caractérisé en ce q:e la gradation du potentiomètre (P1) placé entre les premier (2) et second bras (3) est croissante dans le sens des aiguilles d'une montre, et la gradation du potentiomètre (P2) placé entre les second (3) et troisième bras (4) est croissante dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, le traitement des informations étant tel que soient comparées les valeurs des deux courants traversant les potentiomètres. 7. - Système selon l'une quelconque des revendications 1 t 6, caractérisé en ce qu'il est procédé à une détection des mouvements effectués au niveau distributeur et la mise cn sécurité est obtenue en agissant sur une électrovanne montre sur le circuit de sécurité du système hydraulique. 8. - Système selon l'une quelconque des revendications i à 6, caractérisé en ce que le dispositif de traitement des informations agit sur les électrodistributeurs associés aux circuits hydrauliques de commande des différents vérins.