Brevet FR2676725A1 — publié le 19921127

TREUIL POUR REMORQUAGE D'OBJETS IMMERGES La présente invention se rapporte aux treuils qui permettent de remorquer derrière un bâtiment tracteur tel qu'un navire océanographique, un objet immergé tel qu'un "poisson", contenant par exemple un sonar de cartographie du fond marin. I1 est connu de remorquer au bout d'un câble derrière un bateau un corps immergé appelé poisson en raison de sa ressemblance avec cet animal. En dehors de ces périodes d'utilisation on ramène le poisson à bord du bateau en enroulant le câble de remorquage sur un treuil. Pour faciliter les manutentions le câble passe sur une poulie folle située à une extrémité d'un bras articulé à son autre extrémité sur le bateau, de telle manière qu'en tournant autour de cette articulation le bras passe d'une position étendue où la poulie surplombe la mer à une position relevée où elle surplombe le pont du bateau. Le bras comporte egalement au niveau de cette poulie un dispositif formant berceau sur lequel vient reposer le poisson après son relevage. Compte tenu du matériel embarqué dans le poisson, celui-ci peut atteindre une masse importante de ltordre de plusieurs tonnes. Comme le bâtiment tracteur ne progresse qu'à une vitesse relativement réduite, de l'ordre d'une dizaine de noeuds maximum, en particulier pour ne pas imposer des efforts de traction trop importants au câble de remorquage, l'éloignement du poisson par rapport à la verticale du bateau est relativement faible et l'angle entre cette verticale et la droite qui joint le bateau au poisson est typiquement de l'ordre de 300. Par ailleurs, compte tenu des efforts qu'il a à subir, le câble de traction est lui-même gros et lourd. De ce fait on ne peut pas négliger son poids par rapport à celui du poisson et il subit en outre une traînée importante. D'autre part, il présente une flèche importante par rapport à la ligne droite joignant le poisson au bateau. Sous l'effet des vagues le bateau présente des mouvements désordonnés qui se répercutent sur le câble et sur le poisson. En raison des effets vus plus haut, le mouvement du poisson ne reproduit pas celui du bateau et il n'est donc pas possible de compenser simplement, lors du traitement des signaux sonars par exemple, les mouvements du poisson en tenant compte des mouvements du bateau. D'autre part, les efforts sur le câble dus à ces mouvements sont tout à fait excessifs et il y a lieu de les minimiser le plus possible. Une solution connue à ce problème consiste à soutenir le bras à l'aide d'un vérin raccordé à un accumulateur pneumatique, de manière à ce que le bras oscille autour de son point d'articulation sur le bateau afin que la tête du bras suive une trajectoire sensiblement rectiligne à une vitesse à peu près constante. Comme on le conçoit aisément ce résultat n'est obtenu que de manière très approximative avec un tel système passif. De surcroît, compte tenu des masses et des raideurs en jeu, la fréquence propre de cet ensemble est dans la plupart des cas relativement proche de celle de la houle, ce qui entraîne des phénomènes de résonnance susceptibles d'aggraver les contraintes appliquées au câble. Pour pallier ces inconvénients l'invention propose un treuil pour remorquage d'objets immergés, comprenant une flèche ayant une base pouvant pivoter sur un axe sensiblement horizontal et une tête munie d'une poulie folle destinée à soutenir un câble de remorquage, des moyens principaux pour maintenir cette flèche relevée par rapport à l'horizontale selon un angle d'inclinaison 0( variable autour d'une valeur moyenne X O permettant les opérations de remorquage, principalement caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour faire varier l'inclinaison de la flèche autour de 042 0 de manière à limiter les variations de l'effort de traction sur le câble. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante présentée à titre d'exemple non limitatif et fait en regard des figures annexées qui représentent - la figure 1, un schéma de principe d'un treuil selon l'invention; - la figure 2, une variante de la figure i ; - la figure 3, un diagramme des forces en fonction de l'angle de la figure 1 - la figure 4, une vue de dessus simplifiée de ce treuil ; et - la figure 5, un schéma hydraulique de commande des vérins. Sur la figure 1 on a représenté le bras 100 du treuil, qui est comparable à la flèche d'une grue qui soutient le câble de remorquage du poisson. Cette flèche 100 est articulée à une extrémité par l'intermédiaire d'un axe 101 sur un bâti non représenté, qui est lui-même fixé sur le pont du bâtiment de remorquage. Le tambour 102 du treuil qui contient le câble de remorquage 103 tourne autour de cet axe 101. Ce câble 103 part du tambour 102, vient tourner autour d'une poulie folle 104 située à l'autre extrémité du bras 100 pour descendre ensuite vers le bas. Quand le câble est déroulé, il pénètre donc dans la mer pour y remorquer un poisson 117. Un vérin de charge 105 relié à un accumulateur hydraulique 116, fixé d'un côté sur le bâti support du treuil et de l'autre côté sur la flèche 100, permet de soutenir celle-ci et de la faire pivoter autour de l'axe 101 de manière à ce que cette flèche présente un angle OC avec l'horizontale. Lorsqu'on relève le poisson, celui-ci vient se placer en bout de course dans un berceau non représenté situé à l'extrémité de la flèche 100 en dessous de la poulie 104, et le vérin 105 permet, à l'aide de moyens de gonflage non représentés, de soulever le bras de manière à remonter le poisson au-dessus du pont du batîment, l'angle 0t ayant alors une valeur assez grande.Une fois le poisson relevé au-dessus de l'eau, celui-ci est amené au-dessus du pont du bateau, soit par rotation de la flèche dans le sens horizontal, soit par translation arrière de celle-ci Lorsqu'on a par contre déroulé le câble 103 pour remorquer le poisson sous l'eau à l'arrière du bâtiment, le vérin 105 abaisse la flèche de manière à placer l'extrémité de celle-ci portant la poulie 104 au-dessus de la surface de l'eau, afin d'avoir un débattement correct du câble 103 par rapport à l'arrière du bateau. L'angle > est alors relativement petit. Dans ces conditions de remorquage, et en fonction des mouvements relatifs du bateau, de la surface de la mer et du poisson, la flèche 100 tend à osciller autour de l'axe 101 sous l'effet des variations de l'effort de traction dus à ces mouvements. En effet, les efforts se reportent sur le vérin de charge 105, lequel étant par exemple du type hydraulique tend à osciller sous l'action de ces efforts autour du point d'équilibre qui a été fixé par les moyens de gonflage du vérin. Comme on l'a dit plus haut, l'ensemble élastique formé par tous ces éléments, et notamment par la flèche et le vérin de charge, ne permet pas d'amortir de manière correcte les efforts de traction imposés au câble 103 par ces mouvements relatifs. Selon l'invention, on a disposé en parallèle sur le vérin de charge 105 un vérin d'asservissement 106 qui est relié à une servovalve 107 alimentée par une pompe 108. Un dispositif de commande électronique 109 permet de commander la servovalve 107 de manière à alimenter le vérin d'asservissement 106 par deux tuyaux d'alimentation 110 et 111. De cette manière, le vérin 106 vient pousser la flèche vers le haut ou la tirer vers le bas de façon à maintenir un effort de traction sensiblement constant sur le câble 103, et également une altitude sensiblement constante en bout de la flèche. Différents paramètres peuvent être utilisés pour commander la servovalve 107 par l'intermédiaire du dispositif de commande 109. Selon l'invention, on utilise des capteurs 118 situés dans le poisson 117 et qui mesurent l'assiette de ce poisson. Les signaux provenant de ces capteurs sont appliqués au boîtier de commande 109 par une connexion représentée distincte sur la figure, mais qui dans la pratique passe par le câble de remorquage 103, selon une disposition connue dans l'art. En fait il est même généralement inutile de prévoir des capteurs et des moyens de transmission spécifiques car ceux-ci existent déjà et sont utilisés normalement pour corriger les indications des appareils, sonar par exemple, contenus dans le poisson, Il suffit donc d'extraire des organes d'exploitation situés dans le bateau les signaux correspondant à l'angle d'assiette du poisson et de les appliquer au boîtier 109. Ce boîtier fonctionne en boucle ouverte en appliquant à la servo-valve 107 des signaux tendant à ramener l'assiette du poisson à 0. Si l'assiette augmente, on alimente le verin dans un sens et si elle diminue, on l'alimente dans l'autre. Le boîtier 109 est donc équivalent à un amplificateur différentiel. Comme ce système fonctionne en boucle ouverte, on peut utiliser un gain relativement important sans trop risquer d'oscillations, tout au moins dans une certaine mesure. En fait il y a bien un rebouclage, qui est mécanique, par l'intervention de la traction du câble lui-même. De ce fait la masse de l'ensemble câble/poisson et I'élasticité de ce câble sont automatiquement prises en compte dans la commande et les résultats sont excellents. Dans la pratique, on constate qu'à partir d'une certaine valeur du gain de la commande 109 on obtient une oscillation à une fréquence de quelques Hz, 5 par exemple. Il suffit alors de ramener le gain à une valeur légèrement inférieure à cette valeur limite pour être tranquille dans toutes les circonstances, même par mer agitée, tout au moins pour des longueurs de câble inférieures à 50m. Au delà les oscillations réapparaissent en raison de l'augmentation de l'élasticité et de la masse, Pour réduire les oscillations le gain est divisé par 2 entre 100 et 150m, puis par 3 au delà. En fait on arrive finalement à une longueur telle que l'élasticité amortit d'elle-même les mouvements de la houle, et que le dispositif n'est plus nécessaire. Pour compenser les dérives, de l'amplificateur par exemple, on peut introduire dans le signal de commande un signal de correction provenant par exemple d'un potentiomètre 115 donnant la position de la flèche, avec un gain relativement faible, pour empêcher celle-ci d'aller en butée. Selon une variante de l'invention, on peut utiliser, comme représenté en figure 2, un capteur accélérométrique 112 fixé à l'extrémité de la flèche supportant la poulie 104. Ce capteur est disposé de manière à mesurer sensiblement la composante verticale de l'accélération. On peut utiliser pour cela différentes dispositions, dont la plus simple consiste à utiliser un accéléromètre sensible selon un seul axe et fixé à l'extrémité de la flèche de manière à ce que cet axe soit sensiblement vertical pour la position de la flèche correspondant aux conditions de remorquage standards. On a pu constater que cette disposition était suffisante pour minimiser de manière correcte les à-coups sur le câble car celui-ci peut encaisser des variations d'efforts raisonnables et il n'est donc pas utile d'obtenir un système parfait qui serait extrèmement difficile à réaliser. Les signaux provenant de l'accéléromètre 112 sont donc appliqués au dispositif de commande 109 dans lequel ils subissent un traitement qui permet d'appliquer à la servovalve 107 des signaux de commande pour alimenter le vérin 106 de telle manière que l'accélération verticale au niveau de la tête de la flèche soit minimale. Le boîtier électronique de commande 109 met en oeuvre un procédé d'asservissement tout à fait semblable à ceux connus dans les techniques courantes. Le procédé utilisé est par exemple constitué d'une double intégration amenant à une commande en position de la flèche, ou une simple intégration amenant à une commande en vitesse, les paramètres de ces commandes permettant de minimiser la valeur instantanée de l'accélération. La mise en oeuvre de ce procédé et de sa variante utilise dans le boîtier de commande soit des circuits analogiques de type courant, soit de préférence des circuits numériques, tels qu'un microprocesseur convenablement programmé pour mettre en oeuvre le procédé. Comme on l'a souligné, il n'est ni utile ni nécessaire d'avoir un dispositif parfait, et dans ces conditions on observe une certaine dérive, de toute façon inévitable dans le cas de la variante même avec les dispositifs les plus précis puisque l'on effectue au moins une intégration à partir de la valeur de l'accélération. Pour limiter les effets de cette dérive, on utilise deux détecteurs 113 et 114, du type fin de course par exemple, qui sont placés de part et d'autre de la flèche à des positions correspondant au débattement maximal admissible, par exemple i: 50 autour de la valeur de consigne de l'angle Oc .Ces dispositifs sont reliés au boîtier de commande 109, et lorsque la flèche vient actionner l'un d'entre eux, il émet un signal qui est détecté dans ce boîtier de commande, ce qui entraîne une correction du signal appliqué à la servovalve de manière à rappeler lentement la flèche sur la valeur correcte de l'angle . On peut aussi utiliser un capteur angulaire 115. Dans ce cas la correction se fait par intégration longue sur ce capteur angulaire. Sur le diagramme de la figure 3, on a représenté la force F totale appliquée à la flèche en fonction de I'ansle 0( 0 étant la valeur moyenne qui correspondrait à une absence de mouvements du bateau. tX 1 et OC 2 sont les 1 2 deux valeurs de butée correspondant aux deux fins de course 113 et 114. Si l'on alimentait le vérin 105 tout seul par une servovalve commandée par les circuits électroniques, la valeur de la force appliquée par ce vérin de charge 105 varierait autour d'une valeur moyenne Fo avec des valeurs extrêmes F1 et F2 correspondant à OC 1 et ou 2 Le travail à fournir par la pompe d'alimentation de ce vérin serait alors proportionnel à la surface hachurée en oblique, qui est considérable. En utilisant, selon l'invention, un vérin auxiliaire d'asservissement 106, la force appliquée par le vérin de charge 105 reste sensiblement égale à Fo en permanence, alors que la force exercée par le vérin d'asservissement 106 varie entre F1-Fo et F0-F2 puisqu'elle vient tantôt renforcer et tantôt contrarier l'action du vérin de charge. Dans ces conditions, le travail développé par la pompe 108 est donc égal à la surface hachurée en hachures verticales, qui est beaucoup plus petite que la précédente. Donc, en utilisant un vérin d'asservissement qui vient se mettre en parallèle sur le vérin de charge, on peut utiliser une pompe d'une puissance bien plus faible que s'il fallait alimenter directement le vérin de charge. Le dimensionnement des autres organes hydrauliques (servovalve, tuyaux ...) est réduit en conséquence. Le montage des deux vérins représentés en figure 1 sur un même côté de la flèche avec les deux axes de poussée réunis correspond à un but explicatif. Pour faciliter la construction du dispositif, on utilise de préférence un montage tel que représenté schématiquement sur la figure 4 qui correspond à une vue de dessus des éléments de la figure 1. Comme on le voit la flèche de la grue a une forme triangulaire dont la base est fixée sur l'axe 101 et dont la tête re çoit la poulie 104. Ce triangle est formé de deux bras. Le vérin de charge 105 est fixé sur l'un des deux bras et le vérin d'asservissement 106 sur l'autre. Compte tenu des dimensions à utiliser pour les pièces formant la grue, en raison de l'effort permanent de traction à supporter, il n'y a aucun risque que les efforts en biais occasionnés par cette disposition entraînent des troubles de fonctionnement ou des distorsions de I'ensemble . Dans une variante de réalisation représentée schématiquement sur la figure 5, que l'on a limitée aux organes utiles pour comprendre la variante, on alimente non seulement le vérin 106 par la servovalve 107 mais encore le vérin 105. Ce vérin 105 comprend, de manière tout à fait normale, une première chambre 301 située de l'autre côté de l'axe de poussée 302 par rapport à un piston 308 et alimentée par un réservoir sous pression 303 qui permet d'obtenir avec le vérin 105 une force F0 sensiblement constante quel que soit l'enfoncement de la tige 302. Le vérin 105 comprend en outre du côté de la tige de poussée une deuxième chambre 304, qui est elle-même alimentée par la servovalve 107 de manière à contrarier l'effet de la pression exercée dans la chambre 301. D'autre part, la servovalve 107 alimente le vérin 106 de manière à renforcer l'action du vérin 105. L'alimentation du vérin 106 peut se faire selon deux modalités différentes - dans un premier cas, où les vérins 105 et 106 sont différents, on utilise un vérin 106 plus petit que le vérin 105 de manière à ce que la chambre 305, située de l'autre côté de la tige de poussée 306 par rapport au piston 309 de ce vérin présente une section de surface égale à celle de la chambre 304, compte tenu de la taille de la tige de poussée 302. - dans un deuxième cas, on utilise deux vérins identiques et on alimente pour le vérin 106 aussi bien la chambre 305 que la chambre 307 qui se trouve du côté de la tige de poussée 306. La poussée obtenue avec le vérin 106 correspond alors à la différence des forces exercées sur les deux faces du piston 309, qui ne sont pas identiques puisque la section de la tige 306 est à retrancher de la surface du piston du côté de la chambre 307. Pour que les poussées d'asservissement des vérins 105 et 106 soient égales, on choisit alors ces vérins, identiques entre eux, de telle manière que la section des tiges 302 et 306 soit égale à la surface libre des pistons 308 et 309 du côté des chambres 304 et 307. Il existe également dans le commerce des vérins comportant dans un cylindre unique deux pistons fixés sur une même tige de poussée. Le piston situé à l'extrémité de la tige délimite dans le cylindre une chambre de poussée principale reliée à l'accumulateur. Le piston situé sur la tige délimite, en coopération avec une cloison intermédiaire fixée sur la paroi interne du cylindre et dans laquelle coulisse la tige, deux chambres d'asservissement reliées à la servo-valve. On peut ainsi utiliser un vérin unique assurant les deux fonctions. REVENDICATIONS 1. Treuil pour remorquage d'objets immergés, comprenant une flèche (100) ayant une base pouvant pivoter sur un axe sensiblement horizontal (101) et une tête munie d'une poulie folle (104) destinée à soutenir un câble de remorquage (103), des moyens principaux (105) pour maintenir cette flèche relevée par rapport à l'horizontale selon un angle d'inclinaison , variable autour d'une valeur moyenne O(o permettant les opérations de remorquage, et des moyens (106-112) pour faire varier l'inclinaison de la flèche autour de 0( 0 de manière à limiter les variations de l'effort de traction sur le câble. 2. Treuil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour faire varier l'inclinaison de la flèche comprennent des moyens (118) pour mesurer l'assiette d'un objet immergé (117) remorqué par le treuil, et des moyens de commande (106-112) pour soulager ou contrarier les efforts développés par les moyens principaux (105) de maintien de la flèche autour de l'angle 0t 0 afin de maintenir à une valeur constante cette assaiette . 3. Treuil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la valeur constante correspond à l'horizontale. 4. Treuil selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le gain des moyens de commande (106-112) est ajusté juste en dessous du seuil d'oscillation de l'ensemble. 5. Treuil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le gain est ajusté en fonction de la longueur du câble de remorquage. 6. Treuil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour faire varier l'inclinaison de la flèche comprennent des moyens (112) pour mesurer l'accélération verticale de la tête de la flèche, et des moyens (106-112) pour soulager ou contrarier les efforts développés par les moyens principaux 105 de maintien de la flèche autour de l'angle OC 0 en fonction de cette accélération. 7. Treuil selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens pour renforcer ou contrarier l'action des moyens principaux (105) comprennent des moyens d'asservissement (109) qui permettent de minimiser la valeur de l'accélération verticale au niveau de la tête de la flèche. 8. Treuil selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend un vérin (105) de charge pour soutenir la flèche avec une force sensiblement constante et un vérin d'asservissement (106) alimenté par une servovalve (107) pour appliquer à la flèche une force variable s'ajoutant ou se retranchant à la force exercée par le vérin principal. 9. Treuil selon les revendications 6 et 8, caractérisé en ce qu'il comprend une électronique de commande (109) pour recevoir les signaux des moyens de mesure de l'accélération au niveau de la tête de la flèche (112) et pour commander la servovalve (107) pour alimenter le vérin d'asservissement (106) de manière à minimiser ladite accélération. 10. Treuil selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des butées (113, 114) pour détecter des valeurs maximales et minimales rX 1 et X 2 de l'inclinaison de la flèche et actionner l'électronique de commande (109) de manière à rétablir l'inclinaison moyenne aux de celle-ci. 11. Treuil selon l'une quelconque des revendication 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un capteur angulaire (115) pour détecter des valeurs maximales et minimales et o( 2 de l'inclinaison de la flèche et actionner l'électronique de commande (103) de manière à rétablir l'inclinaison moyenne de celle-ci.