Brevet FR2601348A1 — publié le 19880115

Dispositif de commande de ralentissement automatique dte la rotation de flèches et/ou de contreflèches d'engini de levage, La présente invention concerne un dispositif de commande de ralentissement automatique de la rotation de flèches et/ou de contreflèches d'engins de levage. Les recommandations actuelles, définies par les 5 organismes de sécurité, imposent de procéder à un ralentissement puis à l'arrêt automatique des engins de levage quand ceux-ci sont exposés à un risque de collision entre eux, système interactif, ou avec un obstacle fixe, par exemple un batiment, ou tout 10 simplement lorsque leur charge va atteindre, lors de son déplacement, une zone dont le survol par la charge est interdit, par exemple une cour d'école ou tout autre lieu public. Tel est le cas des grues que l'on rencontre sur 15 les chantiers de batiment et de travaux publics. Les différentes zones sont déterminées in situ. Dans le cas d'un obstacle A (fig. 1) matérialisé par exemple par un batiment ou par un espace interdit de survol pour la charge par un règlement, la zone 20 interdite pour la charge sera schématiquement définie par: - une surface comprise entre le cercle décrit par le point d'extension maximal du chariot portecharge Emax, et le cercle décrit par le chariot 25 lorsqu'il vas tangenter l'espace interdit pendant la rotation et, - l'angle a compris entre les points o le cercle d'Emax coupe le bord de l'espace interdit. Afin d'arrêter le mouvement de la flèche au plus 30 tard à l'entrée de cette zone, on définit également une zone de ralentissement aux environs de celle-ci. Cette zone de ralentissement ZR sera définie par un angle de rotation a + 2e, D étant un angle de rotation situé de part et d'autre de l'angle a, et par le cercle décrit par le chariot à une certaine distance, déterminée par le type de grue, inférieure à celle o il va tangenter la zone interdite. Dans le cas d'un système interactif, c'est-a5 dire le cas o les charges de deux grues peuvent survoler une même zone, (Fig.2), on définit, afin d'éviter une collision, une zone dangereuse ZD déterminée comme précédemment pour la grue "haute", c'est-à-dire, celle dont la flèche circule dans un plan 10 plus élevé, et, pour la grue basse, uniquement par l'angle a' de rotation de sa flèche ou de sa contreflèche entre les extrémités de la zone ZD. Les zones de ralentissement ZR, et ZRe sont déterminées de façon identique. Toutefois, dans ce cas, la zone ZD 15 n'est interdite à la charge de la grue haute que lorsque la flèche ou la contreflèche de la grue basse s'y trouve déjà et à la flèche ou la contreflèche de la grue basse lorsque la charge de la grue haute s'y trouve déjà. Par contre le mouvement doit être de toute 20 façon ralenti lorsque la charge de la grue haute ou la flèche ou la contreflèche de la grue basse pénètrent dans les zones ZR, ou ZR2 respectivement, l'arrêt n'étant commandé pour une des grues que lorsque l'autre grue interfère déjà avec la zone ZD. Les grues que l'on rencontre actuellement sur les chantiers sont pourvues d'un système ralentisseur intégré fonctionnant par exemple par courants de Foucault. Le ralentissement et l'arrêt éventuel de la rotation des flèches, de la distribution et du levage, 30 est alors commandé par un système électronique de détermination de zones comportant: - un capteur de position angulaire dont on a initialement positionné le 'i0" sur le site et qui mesure l'angle d'orientation de (rotation) de la 35 flèche; - un capteur de mesure de distance du chariot distributeur (porte-charge) sur la flèche à partir du fut ou d'un point déterminé par le constructeur; un capteur de hauteur de charge indiquant la distance de la charge à la flèche ou à un point déterminé par le constructeur, en mesurant la longueur du câble déroulé. Les informations obtenues par ces capteurs sont envoyées au dispositif de détermination de zones qui les traite, de préférence en analogique, pour déclencher les opérations imposées par les différentes zones (interdites, dangereuses, ralentissement). Le dispositif de détermination de zones commande automatiquement le système de ralentissement de la grue lorsque l'ensemble des paramètres qu'il a reçus des capteurs et qu'il a traités lui indiquent le franchissement de la limite de la zone de freinage et 15 l'obligation de ralentir les mouvements et éventuellement de les arrêter. Ceci fait l'objet du brevet français n 81 22900. Le dispositif de détermination de zone envoie alors un signal agissant sur la tension du ralentisseur et éventuellement sur 20 celle des systèmes d'arrêt. Xais il existe sur le marché un type d'appareils sur lequel le ralentissement et l'arrêt de l'orientation sont laissés & l'initiative de l'opérateur. Ces grues comportent soit deux moteurs 25 pour l'orientation dans chacun des deux sens, soit un seul moteur dont on inverse le sens de rotation à cet effet. Dans le cas d'une grue à tour par exemple, quand les moteurs d'orientation de la flèche tournent dans un 30 sens, la vitesse s'accélère. Le conducteur dispose d'un levier de commande lui permettant d'accélérer le mouvement (en général 1 à 5 rapports de vitesse) . S'il doit freiner ce mouvement d'orientation, il doit pour celà procéder à la contre orientation, c'est-à-dire 35 qu'il inverse de lui- même le sens d'orientation de sa machine soit en coupant le moteur actif et en mettant en service celui qui tourne en sens contraire, soit en inversant le courant dans le moteur unique. Le dosage de cette contre réaction est laissé à l'initiative du conducteur qui doit anticiper afin d'obtenir l'arrêtcoupure au plus tard à la limite de zone. Afin de satisfaire les recommandations en vigueur, il faut procéder à un ralentissement 5 automatique de l'orientation, de la distribution (mouvement du chariot) et éventuellement du levage et annuler en même temps l'opération que pourrait exécuter le conducteur de l'engin contre la sécurité. Le systeme de détermination de zone connu par le brevet francais 10 n 81 22900 est inadaptable aux engins précités car ceux-ci ne comportent pas de système -de freinage indépendant intégré pouvant être automatiquement commandés. D'autre part, il n'existe pas sur le marche de dispositifs permettant de résoudre ce problème. Le but de l'invention est dont de permettre le ralentissement et l'arrêt automatique des engins lorsque la sécurité l'exige en adaptant le système de détermination de zone connu aux engins non pourvu d'un freinage auxiliaire réagissant à son signal de 20 commande. Ce but est atteint selon l'invention en ce que l'on commande directement le ou les moteurs d'entraînement de la grue en ajoutant aux paramètres utilisés dans- le système de commande, indications 25 angulaires et indications de distance, un paramètre supplémentaire qui est la vitesse d'orientation de la flèche. L'acquisition de la valeur de la vitesse peut être obtenue par un tachymètre, un servomoteur à 30 courant continu ou tout autre moyen. La mesure effectuée est donc fonction de la vitesse d'orientation de l'engin (la flèche d'une grue par exemple) et permet de définir tout d'abord le sens de rotation. Le freinage de la rotation se fait alors 35 par impulsions commandant le moteur en contre orientation. L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-après d'un exemple de réalisation en se reportant au dessin annexé sur lequel on voit: Figure 1: un schéma représentant les zones interdites et de ralentissement dans le cas d'un obstacle ou d'un lieu interdit de survol; Figure 2: un schéma représentant les zones 5 dangereuses et de ralentissement dans le cas d'un système interactif; Figure 3: la forme du signal de mesure lineaire, dans l'exemple, en fonction de la vitesse mesurée; Figure 4: le signal de commande sous la forme d'un train d'impulsions; Figure 5: un schéma d'une première forme de réalisation du dispositif selon l'invention, Figure 6: un schéma d'une seconde forme de 15 réalisation du dispositif selon l'invention. La mesure de la vitesse permet de déterminer dans quel sens la machine est orientée, soit à droite, soit à gauche. La figure 3 nous montre le signal de mesure 20 fonction de la vitesse d'orientation de la flèche d'une grue. Par convention, le signal positif (croissant) correspond à une rotation vers la droite et le signal négatif (décroissant) correspond à une rotation vers la gauche. La tension augmente ou diminue en fonction de 25 la vitesse d'orientation. Sur la figure 3 les valeurs V., V., V...V, formé correspondant au temps de freinage total. En effet, on ne peut pas sans danger arrêter brutalement la rotation lorsque la vitesse est supérieure à une certaine valeur. L'amplitude des impulsions est constante et le freinage se fait par accoups de durée Ti. Entre les valeurs V. et Vi, on définit une vitesse Vm au dessus de laquelle il faudra procéder au ralentissement. Entre les valeurs Ve et Vr (fig.3), la vitesse est faible et -a flèche peut être arrêtée. A partir de 15 VFk on va devoir procéder à la contre-orientation, donc à un ralentissement progressif, éventuellement jusqu'à l'arrêt. Selon l'invention, la durée d'impulsion Ti et la période de répétition T2 vont être modulées en fonction 20 de la vitesse d'orientation. Entre Ve et VR, Ti= 0 et Tm est théoriquement infinie. De VF; à Vm, T1 et T2 vont avoir une certaine valeur. De V2 à Và, Ti va augmenter et T. diminuer, et ainsi que suite jusqu'à V,.. Lorsque la vitesse de rotation tombe à VR, et au dessous de cette valeur, la flèche va être stoppée (zone interdite) ou tourner en ralenti (zone dangereuse). Plus la vitesse d'orientation est élevée, plus le temps Ti est long et le temps T2 est court. Dés que la vitesse décroit par suite du freinage, le temps T1 est réduit et T2 augmente. Ceci se reproduit par paliers jusqu'à ce que VR soit atteint. A ce moment, la 35 vitesse est réduite à une valeur telle que la petite vitesse est maintenue ou bien que l'arrêt de la machine est automatiquement imposé, dans les conditions conformes aux données du constructeur. Le dispositif destiné à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est représente a la figure 5, dans le cas d'une grue à 5 rapports de vitesse. Sur la figure 5, M est l'organe de mesure de la 5 vitesse d'orientation de la flèche de grue, RL et RL' sont des organes de sortie (relais) permettant d'agir directement sur la machine, pour une contre-orientation vers la gauche (RL), et une contre-orientation vers la droite (RL'). Les composants B1 à B. sont des bascules 10 monostables permettant de définir les temps Ti et T:.Ä Chaque bascule possède son propre train d'impulsions correspondant à l'intervalle de vitesse auquel elle est attribuée. (B, de VR à V2, B2 de VX. a V3... etc.). Les éléments C, à Ce sont des comparateurs permettant de définir les seuils, initialisés au départ, à partir desquels le processus doit être déclenché. L'organe de mesure de vitesse M envoie en permanence un signal V, fonction de la vitesse, aux comparateurs C, à Cs. Tant que la limite d'une zone de 20 ralentissement n'est pas atteinte, le dispositif de déterminations de zones envoie un signal I aux comparateurs C, à Cs qui bloque leur sortie; aucun signal n'est alors transmis aux bascules B, à Bs. qui ne sont pas activées. Dès que le dispositif de déterminations de zones détecte le franchissement de la limite d'une zone de ralentissement, le signal I n'est plus transmis aux comparateurs qui deviennent opérationnels. En fonction de la valeur du signal V envoyé aux 30 comparateurs par l'organe de mesure de vitesse -M le comparateur correspondant à cette valeur emet un signal Z, ou Z', en fonction du signe de V, qui est envoyé à l'une des deux bascules B,, ou B',,, (n= 1 à 5) correspondant aux comparateurs, c'est-à-dire à la bascule B,, lorsque V est positif (orientation vers la droite) pour obtenir une contre orientation à gauche ou à la bascule B',- lorsque V est négatif (orientation vers la gauche) pour obtenir une contre orientation vers la droite. La bascule ainsi activée va émettre d'une part un signal I' inhibant les bascules correspondant à des valeurs inférieures de V, et d'autre part le train d'impulsions correspondant à l'intervalle de vitesse qui lui est affecté, c'est-a5 dire avec des temps Ti et T- déterminés. Ce train d'impulsions va agir par l'intermerdiaire du relais RL ou RL' sur l'alimentation du ou des moteurs de l'engin. Le dispositif fonctionne comme suit: Lorsque la flèche de la grue approche d'une zone 10 interdite, en tournant vers la droite par exemple, elle tourne à la vitesse supérieure à V-. Dés qu'elle franchit le seuil de la zone de ralentissement ZR, le système de détermination de zone signale ce franchissement et n'envoie plus le signal I au 15 dispositif de commandede freinage selon l'invention. Celui-ci recevant le signal d'indication de vitesse V de l'organe de mesure M, son comparateur Cs (correspondant à une vitesse supérieure ou égale à V=), ainsi activé, active à son tour la bascule B5 par un 20 signal Z et inhibe les bascules B. à B4 par un signal I'. La bascule Bs envoie un train d'impulsions de longueur Ti et de période Tz au relais RL qui va commander une contre-orientation à gauche. La vitesse de rotation de la flèche tombant progressivement au 25 dessous de Vs va donc se trouver entre VL ET v.s, c'est le comparateur correspondant à Va qui prend le relais, active la bascule B4 qui inhibe par un signal I' les bascules B1 à BS,. Le temps Ti prend une valeur plus faible et T3 une valeur plus grande. Il en est de même 30 lorsque la vitesse passe au dessous de Va puis de Va et de VF. Arrivé au dessous de cette dernière valeur, dans l'exemple décrit, la - grue peut être stoppée immédiatement sans danger ou rester en petite vitesse. La forme de réalisation du dispositif selon 35 l'invention représentée à la figure 6 ne comporte qu'un seul comparateur commandé par l'organe de mesure de la vitesse d'orientation M et par le dispositif de détermination de zones. Dans cet exemple de réalisation, le comparateur C, dés l'interruption du signal I, active l'une ou l'autre des bascules B et B', dont le train d'impulsions n'est plus déterminé mais varie en 5 fonction de la valeur du signal V transmis par l'organe de mesure M. Comme dans l'exemple précédent, les temps Ti et T2 vont varier en fonction de la valeur de V mais au lieu de varier par palier, ils vont varier progressivement de sorte qu'à une vitesse V correspond 1o une valeur T, et une valeur T2. On peut envisager d'autres formes de fonctionnement du dispositif selon l'invention. Par exemple, au lieu de fixer au départ une zone de ralentissement, on peut concevoir un dispositif dans 15 lequel la longueur de la zone de ralentissement sera fonction de la vitesse. Ainsi, la distance angulaire à la limite de zone interdite, pourrait être intégré avec la vitesse de rotation de celui-ci pour déterminer le moment o l'on commande le ralentissement. D'autres formes et variantes du dispositif décrit peuvent être utilisés sans pour cela sortir du cadre de l'invention. 260 1348 R E V E N D I C A T IONS 1. - Procédé de ralentissement -et d'arret automatique de l'orientation, de la distribution et éventuellement du levage d'engins de chantiers tels que des grues, non pourvus de ralentisseurs auxiliaires, et 5 comportant la mesure de l'angle d'orientation, de la longueur de distribution du chariot et éventuellement de la hauteur de levage, ainsi que la comparaison des valeurs mesurées avec des valeurs prédéterminées dépendant des limites de zones interdites de survol de 10 la charge, ou dangereuse, afin de déterminer le moment o le mouvement de l'engin doit être ralenti avant d'être éventuellement stoppé, caractérisé par le fait que l'on mesure la vitesse angulaire (V) d'orientation de l'engin et que l'on utilise la valeur de cette 15 mesure afin de déterminer l'intensité du freinage par contre orientation, un signal de commande de ralentissement étant envoyé à un relais afin d'agit sur le ou les moteurs de l'engin soit pour provoquer son arrêt avant la limite de zone interdite de survol par 20 la charge ou par la flèche, soit pour lui imposer une vitesse réduite pendant la traversée d'une zone dangereuse. 2. - Procédé de ralentissement et d'arrêt automatique selon la revendications 1, caractérisé par 25 le fait que le signal de commande de ralentissement envoyé au relais commandant l'alimentation du ou des moteurs de l'engin est formé par un train d'impulsions de longueur (Ti) et de période 3. - Procédé selon la revendication 2, 30 caractérisé par le fait qu'une longueur déterminée (Ti) de l'impulsion de freinage et une période déterminée (T>) du train d'impulsions correspondent à un intervalle de vitesse d'orientation donnée de la flèche. 4. - Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'une longueur déterminée de l'impulsion de freinage et une période déterminée du train d'impulsions correspondent a une vitesse donnee de la flèche. 5. - Dispositif de commande de ralentissement 5 automatique de la rotation de flèche et/ou de contreflèche d'engins de levage tels que des grues ainsi que de la distribution et éventuellement de la hauteur de levage de la charge commandé par un dispositif de détermination de zones, caractérisé par 10 le fait qu'il comporte un organe détecteur de vitesse (M) d'orientation de la flèche, au moins un comparateur (C) activé par le dispositif de détermination de zones, comparant la valeur de la vitesse (V) transmise par l'organe détecteur de vitesse (M) à une valeur 15 prédéterminée de façon à emettre un signal de commande (Z, Z') vers au moins une bascule monostable (B ou B'I) qui émet à son tour un train d'impulsions dont la longeur d'impulsions et la période sont fonction de la vitesse (V) mesurée et qui agit sur un organe de relais 20 (RL, RL') afin d'intervenir sur l'alimentation du ou des moteurs de la grue dans le sens d'une contre orientation. 6. - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il comporte plusieurs 25 comparateurs (Ci.e s) correspondant à des intervalles de vitesse déterminés, chaque comparateur (C,,.) commandant une bascule monostable pour chaque sens de rotation (B,. a, B'1 s), la bascule commandée emettant un signal (I') d'inhibition des bascules 30 correspondant à des vitesses de rotation plus faibles 7. - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il comporte un seul comparateur (C) commandant une bascule monostable 35 (B, B') pour chaque sens de rotation de la flèche, la bascule qu'elle reçoit de l'organe détecteur de vitesse.