Brevet FR2496622A1 — publié le 19820625

L'invention concerne un procédé pour déterminer la grandeur de la sollicitation mécanique d'engins de levage, en tenant compte des différentes charges. Elle s'étend à une installation pour l'application du procédé. D'après les conventions de la fédération des industries mécaniques, les engins de levage sont conçus de telle manière que l'on obtienne une espérance de durée de vie identi- que pour le cas de mise en oeuvre prévu. À cet effet, les engins de levage sont répartis en 6 catégories d'après les conditions d'utilisation à considérer pour la même espérance de durée de vie, et qui sont, d'une part, la durée moyenne de fonctionne- ment journalier, et, d'autre part, la valeur cubique moyenne de la charge totale. Dans le choix d'un engin de levage, on prend en considération des valeurs pour ces deux grandeurs. Il arrive que, pour des cas de mise en oeuvre spéciaux, ces deux gran- deurs puissent être connues de façon aussi précise que possible. Par des mesures de temps au moyen d'un compteur d'heures de ser- vice, il est possible, par comparaison avec un cas d'emploi com- parable connu, de déterminer la durée de vie d'un engin de leva- ge d'une manière en quelque sorte satisfaisante. Cependant, la valeur cubique de la charge totale qui est une grandeur dépen- dante à la fois du temps et de la charge, ne peut-être, dans la majorité des cas, dtemploi, estimée qu'avec une approximation grossière. Pour le calcul de la valeur cubique moyenne de la charge, d'après la charge totale accumulée, la section IX de la fédération des industries mécaniques indique la formule suivante z K 1 1 =-)3 t1 + ( 2 2 + T... +)3. t+3 dans laquelle s p = charge utile ou charge partielle capacité de charge poids de l'organe de prise de charge et de l'organe de Y. = _transfert capacité de charge temps de marche avec charge utile ou charge partielle et poids des organes de prise et de transfert t t temps total de marche 2.- temps de marche avec seulement le poids des organes de prise et transfert tA = t A = temps total de marche BrEn vue de limiter la dépense d'installation nécessaire au calcul de K, il est habituel de répartir la charge totale accumulée entre %n nombre limité de classes de charges, pour lesquelles on détermine alors les temps de marche respec- tifs. Ce procédé implique cependant une dépense importante en techniques de mesure, et, d'autre part, il ne convient pas pour la surveillance continue de l'engin de levage pendant sa marche. L'échelonnement des engins de levage en tenant- compte de la valeur cubique moyenne de la charge totale accumu- lée, part du principe que la durée de vie des éléments de cons- truction individuelles dépend de la puissance trois de la charge. Entre l'usure relative d'un engin de levage et la paire de va- leurs constituée par la durée totale de marche et la valeur cu- bique moyenne de la charge totale accumulée, on constate en conséquence une relation qui peut également servir à déterminer les dates à prévoir pour les mesures de sécurité et d'entretien à prendre. Mais, étant donné que toutes les conditions de base reposent sur des suppositions admises, les valeurs calculées relatives aux moments d'entretien calculés ne peuvent être que des estimations insuffisamment précises. La présente invention a pour but de proposer un procédé pour une surveillance et une exploitation satisfai- santes d'engins de levage. Elle concerne, à cet effet, un procédé pour la détection de la sollicitation mécanique d'engins de levage en tenant compte des différentes charges, procédé caractérisé en ce que l'on mesure la charge et la durée de fonctionnement et pendant le fonctionnement, les résultats de mesure sont pondérés en fonction de leur contribution à l'usure de l'engin de levage et additionnés en une valeur caractéristique de la sollicitation de l'engin, une information relative à l'état de charge étant fournie lorsqu'on atteint une sollicitation limite admissible déterminée. La sollicitation mécanique réelle, et dont il y a lieu de tenir compte, ne repose plus ainsi sur de simples estimations, comme précédemment. De préférence, la charge relative est mesurée à 3.- des intervalles de temps constants qui peuvent être par exemple, un dixième de seconde et peuvent enregistrer m9me des valeurs de pointe de la charge, telles que des oscillations d'une char- ge suspendue. la charge relative 9 = P + Y peut être mesurée de telle manière que le signal de sortie, qui peut être une va- leur de mesure numérique ou analogique, est comparé, dans une installation de mesure de charge connue en soi, au signal de sortie que la m8me installation délivre pour une charge corres- pondant à la capacité de charge. Une telle installation prend en compte tous les composants de la charge totale, c'est-à-dire la charge utile, le poids des organes de prise de charge et de transfert ainsi que le poids efficace de l'organe porteur. Du fait que la charge relative p est mesurée à des intervalles de temps égaux, la durée de marche relative t reste identique pour les diverses valeurs de mesure de p. de telle sorte que la somme de toutes les valeurs pi3 (expression dans laquelle i = de 1 à n, n = nombre de cycles de mesure) constitue une valeur caractéristique pour la sollicitation méca- nique de l'engin. Pour un engin de levage dimensionné, conformé- ment aux règles de la fédération, la valeur admissible pour p p- Pi peut àtre définie avec précision. i=1 Lors de la détermination de la valeur de solli- citation d'après le procédé conforme à l'invention, il est pos- sible de former, de manière simple, des résultats intermédiaires qui caractérisent la charge particulière et fournissent la va- leur de sollicitation. Suivant un mode de réalisation de l'2nven- tion, lors de l'atteinte de la sollicitation admissible, il est produit une information sur l'état de charge, qui exprime, non seulement qu'une valeur de sollicitation déterminée est atteinte, mais qui contient en plus la valeur de sollicitation atteinte et/ou la durée de fonctionnement, et/ou le nombre de mises en circuit, et/ou le nombre des cycles de mesure. Grâce à cette in- dication supplémentaire de la durée de fonctionnement, il est possible d'énoncer dans quelle classe de durée de fonctionnement l'engin de levage doit être utilisé. Le nombre des mises en route donne une indication relative à l'intensité avec laquelle l'entraInement a été chargé par des opérations de soulèvement. 4.- D'après la valeur de sollicitation et le nombre de cycles de mesure,. il est possible de calculer la valeur cubique moyenne de la charge. Dans certains cas, et sous certaines conditions, dont l'influence particulière sur l'usure n'est pas connue et ne peut pas être estimée, il est nécessaire de prendre en compte le fait que l'usure relative est supérieure à la valeur de sol- licitation espérée. En vue d'une sécurité de surveillance de l'engin de levage, il est préférable, même dans de tels cas, de surveiller en supplément certains éléments risquant particuliê- rement une usure. Cela peut être réalisé en prévoyant que les expressions de la sollicitation sont surveillées par des émet- teurs à valelur limite relatifs à l'usure de la garniture de frei- nage, au temps de marche restant après freinage, à la vitesse de rotation du tambour, à l'allongement du câble, à la tempéra- ture du moteur ou au niveau d'huile, Par une combinaison de ces émetteurs à valeurs limites avec le résultat de valeur de solli- citation et la sortie de l'information d'état de fonctionnement, il est possible de déterminer, même dans des conditions de mise en service spéciales, une relation entre l'usure de groupes de construction déterminés et la valeur de sollicitation, de telle sorte qu'il est en conséquence possible, de manière simple, à l'aide de la valeur de sollicitation, de fixer un instant opti- mal pour la mise en oeuvre d'une mesure de sécurité. L'invention s'étend également à une installation pour l'application du procédé de détermination de valeur de sol- licitation en tenant compte de différentes charges, installation caractérisée en ce qu'elle comprend, connectés en série les orga- nes suivants: un générateur de cadence, un connecteur de porte, un convertisseur analogique-numérique, un mécanisme additionneur, une mémoire, un comparateur de valeur limite et un détecteur à valeur limite, ainsi qu'un organe enregistreur de durée de fonc- tionnement, connecté entre le convertisseur analogique-numérique et la mémoire. En amont du convertisseur analogique-numérique, peut être monté un formateur de potentiel analogique. Entre le convertisseur numériqueanalogique et l'organe de durée de marche, ainsi que le mécanisme additionneur, peut être disposé un géné- rateur de potentiel. Sur le connecteur de porte peuvent être branché, l'un derrière l'autre, un compteur d'impulsions et un 5.- indicateur d'état de fonctionnement. A la mémoire peut également être accordé un indicateur d'état. L'engin de levage conforme à l'invention, est équipé avec une installation qui forme la valeur caractéristique de la sollicitation, d'après l'algorithme trouvé par l'introduc- tion d'un intervalle de mesure restant constant. la description ci-après se rapporte à deux exem- ples de réalisation de l'invention, avec référence aux dessins annexés dans deux figures respectives 1 et 2. Dans l'exemple conforme à la figure 1, le généra- teur de cadence 1 produit, àdes intervalles de temps restant constants, des impulsions qui déterminent l'intervalle de mesure. les impulsions du générateur de cadence 1 sont connectées, par la conduite 14, pendant la descente de charge, à travers le con- tacteur de porte 2a, ou bien, par la conduite 15, pendant le le- vage, à travers le contacteur de porte 2b, au contacteur de por- te "OU" 2c, lequel transmet les impulsions sur l'entrée d'un compteur d'impulsions 3 qui compte le nombre d'intervalles de mesurez les impulsions de sortie du montage de porte 2c commandent un convertisseur analogique-numêrique 4, qui, pour chaque impulsion, forme la valeur numérique p correspondant à la grandeur analogue de valeur de charge relative, délivrée par une conduite 16 à partir d'un dispositif de mesure de charge (non représenté). Cette valeur numérique p est disponible à la sortie ZA du convertisseur analogique-numérique 4, pour un trai- tement ultérieur, lorsque, à la sortie VE appara t le signal correspondant à la fin de fermeture du circuit. Dans les cas d'emploi, oh l'installation de me- sure de charge de l'engin de levage délivre déjà la charge re- lative p comme valeur numérique, la conversion du signal n'est pas nécessaire. La valeur numérique est alors exploitée direc- tement par le formateur de potentiel 5 lequel est commandé dans ce cas, par l'impulsion de sortie du montage de porte "OU" 2c. le convertisseur analogique-numérique 4 commande, avec le signal "fin de fermeture de circuit" délivré par la sortie VE, le formateur de potentiel numérique 5. Ce dernier forme la puis- sance 3 de la valeur existant à son entrée ZR, et délivre le ré- sultat, par sa sortie ZA, au mécanisme additionneur 7. la sor- tie VE du formateur de potentiel numérique délivre le signal de 6.- fin de circuit lequel est retardé, dans l'organe de durée de mar- che 6, d'une quantité égale à la durée de fonctionmement du méca- nisme additionneu_, et qui commande lenbrée de la valeur de sortie en Z3 du mécanisme additionneur 7 dans la mémoire 8. Le mécanisme additionneur 7 forme la somme de la valeur accumulée dans la mémoire 8 et de la valeur instanta- née de p3 qui est délivrée par le formateur de potentiel numéri- que 5. La somme ainsi formée est délivrée à la sortie Z3 et est appliquée, par le mécanisme additionneur 7, sur l'entrée ZE de la mémoire 8. La sortie ZA de la mémoire délivre la valeur nu- mérique pour la sollicitation mécanique de l'engin recherchée. Cette valeur est amenée à l'entrée 21 d'un com- parateur 9, o elle est comparée à la valeur, provenant d'un in- dicateur de valeur limite par une conduite 17, et existant à l'entrée 22, cette valeur correspondant à la valeur de sollici- tation admissible. les signaux produits par le comparateur, pour un résultat Z1 = Z2, ainsi que pour le résultat Z1 > Z2, sont traités par la logique 10 à-fonction "OU" connectée à la suite, de telle manière que, à la sortie A, est déclenché un signal d'alarme, par exemple un clignotant 12, dans le cas oh la valeur de sollicitation admissible est atteinte ou dépassée. La valeur du compteur d'impulsions 3 pour le nombre de cycles de mesure est délivrée par un indicateur numé- rique 11. La valeur de la mémoire 8 pour la sollicitation est également fournie par indicateur numérique 13. L'information d'état de fonctionnement de l'exem- ple de réalisation représenté dans la figure 1 exprime donc le fait que la sollicitation admissible est atteinte ou dépassée, la grandeur de la valeur de sollicitation et la grandeur du nom- bre de cycles de mesure exécutés pendant le temps de connexion de l'engin de levage. D'après le nombre lu de cycles de mesure, on peut déterminer, par multiplication avec la durée de l'inter- valle de mesure, la durée de marche de l'engin. Le quotient de la valeur lue de la sollicitation par le nombre de cycles de mesure donne la valeur volumètrique de la valeur moyenne de charge. La figure 2 montre une variante de réalisation de l'installation, dans laquelle un formateur de potentiel ana- logique 27 forme la grandeur analogique p, qui est convertie, par le convertisseur analogique-numériqulle 4, en une valeur nu- mérique correspondante, qui est traitée ensuite par le mécanisme 249662; 7.- additionneur 7 comme décrit à propos de la figure 1. Le montage représenté dans la figure 2 a été complété par des unités fonctionnelles, qui produisent des in- formations d'état supplémentaires, telles que la valeur volu- métrique moyenne de la charge, le nombre de commutations de mi- se en marche, séparées pour le mode de travail, de levage ou de descente, et pour la durée de marche de l'engin. Un organe diviseur 18 forme les quotients de la valeur de sollicitation à l'entrée Z2 par le nombre de cycles de mesure à l'entrée Z1. L'organe d'extraction de racine 19 monté à la suite forme, à partir de là, la valeur moyenne élevée au cube de la charge de l'engin de levage. Cette valeur est fournie par l'intermédiaire de l'indicateur numérique 20. La conduite 14 délivre, pendant la durée de fonctionnement "de descente", un signal positif. Chaque flanc positif de ce signal accroit le comptage du comp- teur 21 d'une unité. La valeur apparaissant à la borne ZA du compteur 21 correspond au nombre de mises en connexion pour une descente et est fournie par l'indicateur numérique 22. De manière analogue, la valeur du nombre de mises en connexion pour un levage, est comptée par un compteur 23 et fournie par un indicateur numérique 24. Un organe multiplicateur 25, rac- cordé au compteur d'impulsions 3, multiplie la valeur existant à l'entrée ZE (du nombre de cycles de mesure) par la constante T, qui correspond à l'intervalle entre mesures. Le résultat est la durée de marche du système électrique, dont la valeur est fournie par un indicateur numérique 26. Les fonctions représentées dans les figures 1 et 2 peuvent, d'une manière connue, être remplies avec des grou- pes de construction électroniques, analogiques et numériques usuels. Il est avantageux d'utiliser un micro-ordinateur pour la réalisation des fonctions numériques. Celui-ci peut, en plus des fonctions de détection et de surveillance de la sollicita- tion mécanique de l'engin de levage, exécuter également, avec une faible dépense d'installation supplémentaire, les fonctions de production des diverses informations relatives à l'état de marche de l'engin de levage. 8.- R E V E N D-I O A T I O N S 1.- Procédé pour la détection de la sollicita- tion mécanique d'engins de levage en tenant compte des différen- tes charges, procédé caractérisé en ce que l'on mesure la charge et la durée de fonctionnement et, pendant le fonctionnement, les résultats de mesure sont pondérés en fonction de leur con- tribution à l'usure de l'engin de levage et additionnés en une valeur caraetéristique de la sollicitation de l'engin, une in- formation relative à l'état de charge étant fournie lorsqu'on atteint une sollicitation limite admissible déterminée. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que la charge relative est mesurée à des intervalles de temps restant constants. 3.- Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la valeur caractéristique de la sol- licitation est divisée par le nombre de cycles de mesure, pour fournir la valeur moyenne de la charge. 4.- Procédé suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que la durée de fonctionnement et la sollicitation sont mesurées séparément pour le levage et pour la descente. 5.- Procédé suivant la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il est possible de prélever à chaque instant une information sur l'état de fonctionnement de l'engin. 6.- Procédé suivant la revendication 1, carac- térisé en ce qu'on détecte les effets des sollicitations sur l'état de l'engin. 7.- Procédé suivant la revendication 6 caracté- risé en ce qu'on détecte l'usure de la garniture de freinage. 8.- Procédé suivant la revendication 6, carac- térisé en ce qu'on détecte la durée de fonctionnement restante après le processus de freinage. 9.- Procédé suivant la revendication 6, carac- térisé en ce que la vitesse de rotation du tambour d'enroulement de cable est mesurée et est comparée avec une valeur de consigne de la vitesse de rotation. 10.- Procédé suivant la revendication 6, caracté- risé en ce qu'on détecte la valeur d'allongement du câble. 11.- Procédé suivant la revendication 6, carac- térisé en ce qu'on mesure la température du moteur. 12.- Procédé suivant la revendication 6, carac- 9.- térisé en ce qu'on mesure le niveau d'huile. 13.- Procédé suivant l'une quelconque des reven- dications 7 à 12, caractérisé en ce qu'un signal d'alarme est déclenché lorsqu'on atteint une valeur limite prédéterminée. 14.- Procédé suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que, comme information sur l'état de l'engin, sont indiquées une ou plusieurs des valeurs relatives à la sollicita- tion, telles que durée de fonctionnement, nombre de cycles de mesure, valeur moyenne de la charge, nombre des mises en route. 15.- Procédé suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que l'information sur l'état de l'engin est fournie par une expression d'ordinateur. 16.- Procédé suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que l'information sur l'état de l'engin est fournie sous forme d'une signalisation lumineuse. 17.- Procédé suivant la revendication 16, carac- térisé en ce que la signalisation lumineuse est une indication numérique. 18.- Procédé suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que l'information sur l'état de l'engin est fournie sous forme d'un signal acoustique. 19.- Installation pour l'application du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractéri- sée en ce qu'elle comporte, connectés en série, un générateur de cadence (1), un contacteur de porte (2), un convertisseur analogique-numérique (4) , un dispositif additionneur (7), une mémoire (8), un comparateur à valeur limite et indicateur de va- leur limite, et un organe de mesure de durée de fonctionnement (6) connecté entre le convertisseur analogique-numérique (4) et la mémoire (8). 20.- Installation pour l'application du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 18, en variante de l'installation suivant la revendication 19, caractérisée en ce qu'elle comporte, connectés en série, un générateur de ca- dence (1), un contacteur de porte (2), un compteur d'impulsions (3), un organe diviseur (18) et extracteur de racine, ainsi qu'un convertisseur analogique-numérique (4), un organe de me- sure de durée de fonctionnement (6), un mécanisme additionneur (7) et une mémoire (8), connectés entre le compteur d'impulsions (3) et l'organe diviseur (18). 2496622 - 10.- 21.- Installation suivant la revendication 20, caractérisée en ce qu'un générateur de potentiel analogique (27) est monté en amont du convertisseur analogique-numérique (4). 22.- Installation suivant l'une quelconque des revendications 19 et 20, caractérisée en-ce que, entre le con- vertisseur analogique-numérique (4) et l'organe de mesure de du- rée de fonctionnement (6) ainsi que le mécanisme additionneur (7), est connecté un générateur de potentiel numérique (5). 23.- Installation suivant l'une quelconque des revendications 19 et 20, caractérisée en ce que, sur le contac- teur de porte (2) sont branchée en série, un compteLrx d'impul- * sions (3) et un indicateur d'état de fonctionnement (11). 24.- Installation suivant l'une quelconque des revendications 19 et 20, caractérisée en ce qu'il comporte un indicateur d'état de fonctionnement (11) branché sur la mémoire (8).