Brevet FR2534236A1 — publié le 19840413

La présente invention concerne des dispositifs de mesure de charge et un procédé associé permettant de déterminer- l'amplitude d'une charge qui est suspendue à une extrémité éloignée d'une poutre. Il est décrit dans US-A-2 319 299 un dispositif de mesure de charge qui utilise la flexion des poutres pour mesurer la charge qui est suspendue à l'extrémité éloignée d'un mat de charge. La flexion d'une poutre de mesure est proportionnelle à la charge qui est suspendue à l'extrémité du mât de charge principal et, dans la mesure de cette flexion, une détermination de l'amplitude de la charge peut être effectuée Typiquement, l'ensemble connu comprend un mât de charge qui est verticalement articulé sous commande d'un cylindre hydraulique soutenant le mât de charge sur l'étendue de son mouvement d'articulation Le mat de charge constitue une partie de grue hydraulique, ou un appareil analogue, et comporte, à une extrémité éloignée, un système de poulies servant au levage de charges La poutre de flexion qui est utilisée pour mesurer la charge est montée à la base du mît de charge et est fixée de façon à fléchir d'une manière proportionnelle à l'amplitude de la charge existant à l'extrémité du mat de charge principal. On connaît également sur le marché un moyen permettant de mesurer l'amplitude d'une charge-qui est contenue à l'intérieur d'une trémie de stockage, ou d'un conteneur, consistant en une jauge de contrainte pouvant être fixée aux pieds de support d'un conteneur de stockage en vrac La jauge de contrainte est constituée de métaux spécialement conçus dont l'impédance varie en proportion des forces de contrainte introduites dans les pieds de support du conteneur auxquels il est fixé Cette variation d'impédance est captéSe élec triquement et est transformée en une mesure de poids Lne semblage jauge de contrainte est fabriquée et commercialisée par la société Kisler Morse Corporation. Il est décrit dans-US-A-3 490 015 un dispositif de mesure de charge qui utilise un dynamomètre placé à l'extrémité éloignée d'un mât de charge et mesurant la charge suspendue à celui-ci Il est décrit dans US-A-2 030 529 un dispositif de mesure de charge qui utilise un système de poulies, autour duqual passe un câble porte-charge, pour mesurer la charge suspendue au câble Il est décrit dans US-A-3 756 423 un dispositif de mesure de charge comportant une cellule de charge qui mesure directement la charge d'un câble de levage et qui est disposéeà l'extrémité du mât de charge o est suspendue la charge Un autre ensemble commercialisé utilise la mise en place d'un transducteur de pression à l'intérieur du cylindre hydraulique qui soutient le mat de charge, Le transduc- teur de pression mesure la pression de fluide régnant à l'intérieur du cylindre de levage et transforme cette mesure en signaux élec- triques, lesquels sont ensuite transformés en amplitudes de poids. L'invention vise à résoudre le problème posé par la production d'un appareil de mesure d'amplitude de charge pour mat de charge, qui soit économique, fiable et préserve des dangers que fait ordinairement courir l'exposition à-découvert aux conditions -environnantes Puisque les ensembles connus aujourd'hui disponibles sont montés dans des positions extérieures exposées relativement au mât de charge, ils sont soumis aux effets dangereux des conditions brutales propres à ce type de travaux Ceci est particulièrement vrai pour les dispositifs qui sont placés à l'extrémité éloignée du mat de charge En outre, l'invention s'attaque au problème posé par la mise en place d'un appareil de mesure de charge qui soit fiable et ne soit pas affecté par les fluctuations des caractéris- tiques pendant le fonctionnement de l'équipement Puisque la visco- sité des fluides et la flexion des poutres varient en fonction de -la température, les dispositifs de mesure de charge qui s'appuient sur une mesure de la pression de fluide ou de la flexion de poutre sont par nature susceptibles de produire des mesures variables en fonction des fluctuations de la viscosité, de la température ambiante 4 et d'autres variables En outre, un problème associé aux dispositifs de la technique antérieure est que ceux-ci n'offrent pas la possibilité, pourtant économique, d'une fixation "a posteriori" sur l'équipement de levage existant, en dehors de manoeuvres complexes effectuées en atelier. Ainsi, selon l'invention, un ensemble de mesure de charge comprend un dispositif à jauge de contrainte qui est monté extérieurement à la tige de piston soutenant un mât de charge Le dispositif à jauge de contrainte a pour fonction de mesurer en continu l'état de compression de la tige de piston, et il produit dessignaux analogiques électriques qui sont transmis à des moyens externes de traitement de données en vue de l'interprétation de la mesure de contrainte en termes de poids de charge La jauge de contrainte sert donc à mesurer l'amplitude de la charge présente sur l'extrémité du mât de charge par une mesure de la contrainte proportionnelle introduite dans la tige de piston qui soutient le mât de charge La tige de piston possède la double fonction d'être un élément moteur primaire du mât de charge dans un plan vertical et d'être une partie constituante d'un appareil de mesure de charge. Plusieurs jauges de contrainte peuvent être fixées à la tige de piston, et les données obtenues de ces jauges multiples sont prises en moyenne pour permettre une compensation des effets du déséquili- bre de charge, du vent et d'autres variables pouvant affecter la précision de leurs lectures indépendantes. Selon un autre aspect de l'invention, un procédé de mesure de la charge suspendue à un mât de charge comprend les opé- rations suivantes: monter au moins une jauge de contrainte à la surface externe-de la tige de piston soutenant le mât de charge; et connecter un moyen électrique à la jauge de contrainte pour inter- prêter les mesures de contrainte effectuées dans la tige de pis-ton en termes d'amplitude du poids de charge qui est soutenu par la tige de piston. Les problèmes posés dans la technique antérieure ci- dessus passée en revue sont résolus par l'invention grâce à la mise en place de la jauge de contrainte au niveau de la tige de piston du cylindre de levage Cette position est relativement protégée vis-à-vis de contacts pouvant conduire à un endommagement et via-à-vis des conditions ambiantes inhérentes à ce type de travaux De plus, l'état de compression de la tige de piston est relativement indépendant des variations de la température ambiante ou de modifications des caractéristiques de fonctionnement de l'ensemble incluant le mât de charge De plus, le dispositif selon l'invention peut être monté a posteriori sur un équipement de levage préexistant, le montage s'effectuant sur place, puisque 4 2534236 la pose du dispositif de l'invention ne nécessite pas de modifi- cation des constituants d'un équipement de levage normalisé. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels la figure 1 est une vue en élévation latérale d'un appareil porte-charge dans l'état monté qui comprend un mât de charge, un moteur hydraulique soutenant le mât, et une paire de jauges de contrainte fixées selon les enseignements de l'invention; la figure 2 est une vue en perspective éclatée de la jauge de contrainte considérée, qui montre des vis de montage en vue éclatée; la figure 3 est une vue en perspective partiellement en coupe de la tige de piston du moteur hydraulique au voisinage des jauges de contrainte, un gabarit de montage servant à l'aligne- ment précis des jauges de contrainte sur la tige de piston étant également représenté; et la figure 4 est une vue en perspective partiellement en coupe d'une tige de piston, montrant les jauges de contrainte montées sur cette dernière selon les enseignements de l'invention. On se reporte d'abord à la figure 1, qui montre un appareil porte-charge 2 comprenant un élément mât de charge allongé 4, qui possède une extrémité porte-charge 6, une extrémité opposée 8, laquelle est articulée sur un bâti de grue, ou un moyen analogue. On notera que le mât de charge 4 offre, à l'extrémité porte-charge 6, un moyen (non représenté), par exemple un système à poulies ou une plate-forme, qui a pour fonction de soutenir une charge de travail. L'appareil ayant ce type général se trouve sur des grues, des plateformes aériennes, etc L'appareil porte-charge 2 comporte en outre un moteur à fluide 10, constitue d'une tige de piston 12 et d'un cylindre hydraulique 14, d'un type couramment employé dans l'industrie La tige de piston 12 possède une extrémité 16 reliée à demeure au mât de charge 4 entre les extrémités de celle-ci, et l'extrémité opposée de la tige de piston passe dans le cylindre hydraulique 4 On notera que la tige de piston a pour fonction d'élever et d'abaisser le mât de charge 4 par action du fluide hydraulique sous commande d'un opérateur On voit qu'une paire de jauges de contrainte 18 sont montées sur la tige de piston 2-à proximité du point de fixation de la tige sur le mât de charge On voit que des fils électriques 20 sont connectés aux jauges de contrainte 18 et assurent les échanges électriques des jauges. En relation avec la figure 2, une des jauges de contrainte 18 est représentée en perspective agrandie, sous la forme générale d'un corps principal rectangulaire possédant des pieds de support longitudinaux 22 qui font saillie du corps Une paire de vis de montage 26 sont utilisées pour fixer la jauge de contrainte 18 à la tige de piston et sont vissées dans la tige de piston, via des ouvertures 20, comme cela sera expliqué ci-après. La jauge de contrainte 18 est du type généralement offert sur le marché et utilisée dans l'industrie, principalement pour contrôler le volume de conteneurs tels que réservoirs, cuves ou silos Plus spécialement, des jauges de contrainte ayant ce type général sont employées pour déterminer le volume d'un conteneur cylindrique par mesure de la compression des éléments de support du conteneur. Normalement, on fixe une ou plusieurs jauges de contrainte à chaque élément de support de manière à permettre une prise de moyenne des effets de charge et pour compenser l'influence du vent et de la température La structure de la jauge de contrainte est constituée par deux cristaux semiconducteurs liés ensemble Lorsqu'on fixe la jauge de contrainte à un corps, toute compression du corps associé comprime également la jauge-de contrainte, ce qui provoque dans les cristaux des variations de résistance qui sont proportion- nelles au degré de compression Des ensembles électriques montés sous bottier sont proposés pour-interpréter le signal de sortie électrique des jauges de contrainte, lequel est fonction des chan- gements de résistance, et pour interpréter ces changements de résistance en termes de poids de charge Les jauges de contrainte sont faites d'une matière dont le coefficient de dilatation ther- mique est adapté à celui du matériau auquel les jauges de contrainte doivent être fixées Une jauge de contrainte de ce type général est par exemple la jauge "Model 503 Microcell", fabriquée par la société KislerMorse Corporation des Etats-Unis d'Amérique, Bellevue, Washington. Comme on peut le voir sur la figure 3, les jauges de contrainte 18 sont montées sur les c 8 tés opposés de la tige de piston 12 et sont disposées en une position appropriée par un gabarit d'assemblage 28 possédant un profil intérieur courbe 30 adapté à la courbure de la tige de piston On utilise deux jauges de contrainte 18 pour compenser le déséquilibre de charge et les effets du vent et de la température, dans le but d'améliorer la précision de la Lecture Une fois les jauges de contrainte 18 positionnées sur les c 6 tés opposés de la tige dé piston à l'aide du gabarit de montage 28, on forme deux trous dans la tige de piston par perçage Ensuite, on insère les vis 24 de manière à fixer à demeure la jauge de contrainte 18 sur la tige de piston, après quoi on retire le gabarit de montage 28, comme cela est représenté sur la figure 4. L'homme de l'art notera que la tige de piston 12 est comprimée par le chargement du mât 4 contre l'effet de la pression de fluide hydraulique exercée sur la tige de piston par le moteur hydraulique 10 Le degré de compression de la tige de piston 12 est proportionnel à la charge qui est placée à l'extrémité porte-charge 6 du mât de charge 4 Lorsque la tige de piston se comprime, les jauges de contrainte 18 détectent le degré de compression et produisent un signal de tension analogique électrique qui est proportionnel au degré de compression Des ensembles électroniques d'un type couramment disponible peuvent interpréter le signal de sortie analogique des jauges de contrainte 18 et afficher en continu le poids qui est levé par le mât de charge 4. Les avantages de l'invention sont qu'il est possible de fixer les jauges de contrainte 18 à n'importe quel moment sur un équipement existant, puisque celles-ci sont montées extérieurment sur la tige de piston 12 De plus, l'homme de l'art notera que les jauges de contrainte sont placées en une position éloignée de l'extrémité porte-charge du mât et en un emplacement relativement protégé, ce qui réduit les risques d'endommagement De plus, on notera, sur la base de la figure 1, que les jauges de contrainte 18 travaillent d'une manière indépendante des variations de viscosité du fluide du moteur hydraulique 10 et de manière relativement indé- pendante vis-à-vis des variations de la température ambiante Pour cette raison, l'invention produit des lectures fiables De plus, on notera que l'appareil porte-charge doté du moyen de mesure de charge ci-dessus décrit est considérablement moins coûteux qulun moyen classique de détermination de charge qui est porté par le mât de charge 4, puisque le capteur de mesure se fixe extérieurement, La tige de piston 12 joue donc le double rôle de moteur primaire du mgt de charge et d'élément constitutif du capteur de mesure de charge. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d 1 ima- giner, à partir du dispositif dont la description vient d'être donnée a titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. -2534236 R E V E N D I C A T I O N S 1 Appareil porte-charge, caractérisé en ce qu'il comprend un mât de charge ( 4) possédant une extrémité libre ( 6) à laquelle une charge est suspendue; un moteur à fluide ( 10) servant à soutenir le mât de charge et constitué d'un corps creux ( 14) et d'une tige de piston ( 12) logée à l'intérieur du creux creux et comportant une extrémité ( 16) reliée au mât de charge; et une jauge de contrainte ( 18) montée sur une surface externe de la tige de piston pour mesurer l'amplitude de la contrainte de compression apparaissant à l'intérieur de la tige de piston. 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mât de charge possède une extrémité de base ( 8) qui est opposée à l'extrémité soutenant la charge et qui est articulée de façon que le mât de charge pivote sur l'extrémité de base dans un plan vertical. 3 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un-circuit électrique ( 20) destiné à inter- préter l'amplitude de la contrainte de compression apparaissant à l'intérieur de la tige de piston comme proportionnelle au poids de la charge suspendue au mât de charge. 4 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tige de piston possède un segment intermédiaire ( 12) situé à l'extérieur du corps creux, la jauge de contrainte étant montée sur le segment extérieur de la tige de piston. 5 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tige de piston effectue un mouvement de va-et-vient à l'inté- rieur du corps creux sous l'effet du fluide sous pression se trouvant à l'intérieur du corps creux, de façon à faire pivoter le mât de charge sur son extrémité de base. 6 Procédé de détermination du poids de cbarge suspendu à une extrémité d'un mât de charge, comprenant les opérations suivantes: relier ( 16) une tige ( 12) au mât de charge ( 4) de façon que tout le poids de charge soit transféré de manière à mettre la tige en état de compression; monter ( 24) sur une surface exté- rieure de la tige une jauge de contrainte ( 18) destinée à mesurer l'amplitude de la contrainte de compression introduite dans la tige par le poids de charge et à reproduire un signal de sortie en fonc- tion de cette contrainte; et connecter un circuit ( 20) à la jauge de contrainte pour interpréter le signal de sortie en termes d'amplitude du poids de charge suspendu au mât de charge.