Brevet FR2706951A1 — publié le 19941230

PROCEDE ET INSTALLATION DE COMPENSATION DE LA VARIATION DE LONGUEUR SUBIE PAR UN TRANSFORMATEUR D'ENERGIE HYDRAULIQUE La présente invention est relative au contrôle de la variation de longueur subie dans le temps par un transformateur d'énergie hydraulique, immobilisé dans une position d'extension ou de rétraction déterminée, et elle vise, plus particulièrement, la compensation de la variation de cette longueur subie par le transformateur d'énergie, principalement, en raison des variations de température qui lui sont imposées et/ou, secondairement, des fuites qu'il connaît dans une situation de contrainte sous charge. A titre d'application préférée, mais non limitative, le domaine technique visé est celui des vérins d'extension de flèches de grues, préférentiellement mobiles, qui sont utilisées pour supporter, en des sites divers, des charges suspendues qu'il convient, généralement, de maintenir spatialement avec précision pendant des durées relativement longues. Dans le domaine technique ci-dessus, les grues, plus particulièrement à flèche télescopique, sont utilisées généralement pour assurer la suspension précise de charges lourdes pendant des phases d'adaptation, de montage, d'assemblage, voire de réglage de ces dernières. Au cours de ces phases ou opérations, il est généralement requis une précision de situation spatiale qui doit être maintenue le plus exactement possible, pour éviter l'introduction de variables dans un certain nombre de paramètres devant théroriquement être maintenus de façon constante. Or, les grues à flèche télescopique utilisées pour ce genre d'activité ou de travaux sont pourvues de vérins hydrauliques du type à double effet et à course rectiligne pour la flèche. De tels vérins, lorsqu'ils sont sollicités en course de rétraction ou d'extension, tendent à élever la température de l'huile qui occupe les deux chambres opposées à volume variable que définit le vérin. La première des conséquences en est que la température de l'huile se modifie dans le temps, lorsque le vérin occupe une position d'extension donnée qui correspond à la situation spatiale d'une charge devant être maintenue. Cette variation de température aboutit à un abaissement de celle de l'huile dont le volume décroît proportionnellement et induit une modification de la longueur du vérin. Une telle variation n'est, la plupart du temps, pas acceptable avec les conditions initiales de maintien de la charge et doit donc être compensée. Telle est aussi la situation lorsque la grue est utilisée sous un ensoleillement élevé qui peut avoir pour effet de générer une variation de longueur en sens inverse de celle qui vient d'être considérée. Tel est aussi le cas, lorsque par construction ou usure, le vérin de flèche connaît des fuites au droit de la ou des garnitures d'étanchéité entre piston et cylindre ou entre tige et cylindre. Dans tous les cas, et dans l'application retenue, il est nécessaire de procéder périodiquement à une compensation visant à faire réoccuper au vérin la position initialement choisie et qu'il a abandonné par suite des variations de longueur du type ci-dessus. Une telle compensation est, le plus souvent, assurée par l'intermédiaire du servant de la grue agissant sur le manipulateur commandant le distributeur d'alimentation des chambres du vérin à partir d'une source principale de fourniture de fluide hydraulique sous pression. Si une telle méthode peut être envisagée, elle constitue une sujétion importante pour le servant de la machine qui est immobilisé à poste pendant de longues durées, tant que la suspension sous charge doit être assurée. Si, à la limite, une telle sujétion peut être acceptée, il convient de considérer que cette méthode n'est ni simple, ni facile à mettre en oeuvre car, généralement, l'opérateur ou le servant de la machine n'est pas en mesure d'apprécier lui-même et directement la variation de longueur intervenue, en raison de l'éloignement entre la plate-forme qu'il occupe et l'extrémité de flèche télescopique. C'est la raison pour laquelle, il est nécessaire de recourir à deux aides supplémentaires, dont l'un apprécie le changement de position de la charge devant être spatialement maintenue, et dont l'autre apprécie la compensation de longueur devant être apportée au vérin et qu'il doit transmettre à l'opérateur ou au servant. On conçoit qu'une telle façon de procéder est lourde, incertaine, non automatique et peut conduire à des actions de compensation inadaptées pouvant même avoir des conséquences négatives. La présente invention a pour objectif de remédier aux inconvénients ci- dessus, en proposant un nouveau procédé et une nouvelle installation de compensation de la variation de longueur subie d'un transformateur d'énergie, du type rectiligne à double effet, et, plus particulièrement, du vérin de rentrée et de sortie de l'un au moins des segments d'une flèche télescopique d'une grue mobile. L'objet de l'invention est de proposer un nouveau procédé et une nouvelle installation qui permettent d'obtenir une compensation automatique de la variation de longueur subie par un transformateur d'énergie, sans intervention d'un opérateur ou d'un servant et sans que la fonction d'alimentation principale des chambres dudit vérin n'en soit contrariée. L'objet de l'invention est, au contraire, de maintenir de façon privilégiée l'alimentation principale contrôlée du vérin et de ne faire intervenir, qu'en relais, l'installation de compensation de variation de longueur, chaque fois que le transformateur se trouve dans une situation d'extension déterminée sous charge pendant une durée susceptible de faire intervenir l'existence de fuites ou de variations de température induisant une variation de volume de l'huile entraînant une variation de la longueur initialement adoptée. L'objet de l'invention est de proposer des moyens relativement simples et peu onéreux qui peuvent être facilement implantés sur les appareils, agencements, installations ou matériels faisant intervenir de tels transformateurs hydrauliques. Pour atteindre les objectifs ci-dessus, le procédé de compensation selon l'invention est caractérisé en ce qu'il consiste à: - déterminer un état de longueur donné du transformateur, - mesurer la variation de longueur du transformateur et le sens de cette variation, - comparer la mesure de variation de longueur à une valeur de consigne, - commander, lorsque la valeur de consigne est dépassée et à partir de la ligne d'alimentation principale de l'une des chambres du transformateur en cas d'accroissement de longueur, l'ouverture d'un circuit de fuite branché en dérivation sur ladite ligne d'alimentation, 5. ou en cas de réduction de longueur, le fonctionnement d'une centrale hydraulique d'appoint branchée en dérivation sur ladite ligne. - interrompre, soit l'ouverture du circuit de fuite, soit le fonctionnement de la centrale d'appoint, dès que la variation de longueur en réponse atteint la valeur de consigne. L'invention a pour objet, également, une installation électro- hydraulique de compensation de la variation de longueur subie par un transformateur d'énergie hydraulique, une telle installation étant caractérisée en ce qu'elle comprend: - un capteur capable de fournir un signal représentatif de l'amplitude et du sens de variation de longueur subie par le transformateur, - une source électro-hydraulique de fourniture d'appoint de fluide hydraulique sous pression raccordée en dérivation à la première ligne d'alimentation en aval du clapet anti-retour, - un circuit de fuite contrôlée, branché en dérivation sur la première ligne, en aval du clapet anti-retour et contrôlé par une électrovanne à clapet à position de repos fermée, - un calculateur appréciant le signal du capteur, par référence à une valeur de consigne réglable et apte à commander sélectivement le fonctionnement temporaire, soit de la source d'appoint, soit du circuit de fuitejusqu'à ce que la longueur du transformateur, appréciée par le capteur, repasse par la valeur de consigne. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci- dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 1 est un schéma de l'installation conforme à l'invention. La fig. 2 est un schéma illustratif d'une caractéristique du procédé. La fig. 1 montre l'installation, selon l'invention, plus particulièrement dans l'application à la compensation de variation de longueur subie par un transformateur d'énergie hydraulique 1, du type rectiligne à double effet, comprenant, d'une façon traditionnelle, un cylindre 2 dans lequel peut coulisser un piston 3 prolongé par une tige 4. Le vérin 1 fait partie ou constitue l'organe moteur d'une flèche télescopique 5 appartenant à une grue mobile non représentée. Selon le schéma, la flèche télescopique peut comprendre un premier segment 6 dans lequel peut coulisser un segment extrême 7 portant, par exemple, une poulie 8 de tête de flèche apte à guider un câble 9 de suspension d'une charge donnée. Le segment 6 est porté de toute manière appropriée par une plate-forme 10 éventuellement tournante, montée sur un châssis non représenté. L'exemple d'application donné ci-dessus n'est fourni qu'à titre illustratif. Le vérin 1 comporte ou défminit, par la présence du piston 3, deux chambres à volume variable 11 et 12 qui sont respectivement alimentées, par l'intermédiaire de passages 13 et 14 ménagés dans la tige 4, à partir d'un circuit principal 15 comprenant un distributeur-sélecteur 16, de tout type convenable, actionné par le manipulateur principal mis à la disposition de l'opérateur. Le distributeur 16 est apte à mettre en relation sélectivement les chambres 11 et 12, soit avec une source 17 de fourniture principale d'énergie de fluide hydraulique sous pression, soit avec un retour à la bâche tel que 18. Généralement, le circuit 15 comprend une ligne 19 réservée à la communication avec la chambre 11 et une ligne 20 réservée à celle de la chambre 12. Le plus souvent, le raccordement entre les lignes 19 et 20 et les passages 13 et 14 est assuré par un bloc d'alimentation 21 comprenant un clapet de réglage de pression 22 et un clapet 23 disposé sur la ligne 19 ou l'équivalent pour assumer une fonction anti-retour entre le passage 13 et la ligne 19. Le clapet 23 anti- retour est du type piloté en ouverture forcée par l'intermédiaire d'un branchement 24 établi entre lui-même et la ligne ou l'équivalent de ligne 20 menant à la chambre 14. L'installation, selon l'invention, fait intervenir un capteur 30 qui est monté en relation avec le vérin 1 de manière à pouvoir apprécier toute variation de longueur de ce dernier. Tout montage, à cet égard, peut donc être retenu, soit, par exemple, entre le cylindre 2 et la tige 4, soit encore entre le cylindre 2 et une référence fixe pouvant être constituée, par exemple, par le segment 6. Le capteur 30 peut être un codeur incrémental ou un appareil fonctionnel analogue, capable de fournir un signal électrique représentatif de l'amplitude de variation de longueur du vérin 1 d'une part, et du sens de cette variation, d'autre part. Le signal fourni par le capteur 30 est appliqué à un calculateur 31 qui comprend intérieurement, d'une façon connue, un premier circuit comparateur entre le signal reçu et une valeur de consigne, par exemple, affichée par un bouton de règlage 32. Le calculateur 31 est alimenté par un circuit électrique 33 comprenant, d'une manière habituelle ne faisant pas partie de l'invention, une source d'énergie 34, un coupe-batterie 35, un relais de coupure 36, un relais d'auto-alimentation 37, un interrupteur général 38, ainsi que des contacteurs de fmin de course 39. Le calculateur 31 est destiné à commander, en fonction de l'information reçue, l'un ou l'autre de deux relais 40 ou 41 à position de repos ouverte contrôlant deux circuits électriques 42 et 43 alimentés à partir de la source 34 par l'intermédiaire des composants 35, 36. Le circuit 42 assure l'alimentation d'une source ou centrale 44 de fourniture d'appoint d'un fluide hydraulique sous pression. Cette source d'appoint comprend, par exemple, un moteur électrique 45 destiné à entraîner une pompe 46 puisant à partir de la bâche 18. La source 44 est donc indépendante de l'installation principale 15 à partir de laquelle sont initiées les variations commandées de longueur du vérin 1. La pompe 46 est pourvue d'une canalisation de refoulement 47 qui est raccordée en dérivation à l'une des lignes d'alimentation 19 et 20 et, plus particulièrement, à la ligne 19 menant à la chambre 11 de grand volume. Le raccordement à la ligne 19 est effectué en aval du clapet anti-retour 23, de préférence, par l'intermédiaire d'un module 21a faisant partie du bloc d'alimentation 21. Le raccordement entre la canalisation 47 et la ligne 19 est assuré avec interposition d'un clapet 48 assumant une fonction anti-retour dans le sens ligne 19 pompe 46. Le circuit 43 est réservé à l'alimentation d'une électrovanne à clapet 50 à position de repos fermée, qui est disposée sur un circuit de fuite 51 branché en dérivation sur la ligne 19 et menant au retour général à la bâche 18. La vanne à clapet 50 est, par exemple, constituée par un distributeur à deux positions dans l'une desquelles, correspondant à celle de repos, il ferme par un clapet anti-retour 52 toute possibilité de communication entre la ligne 19 et le circuit 51 et, dans l'autre desquelles, au contraire, il établit une telle communication lorsqu'il est positivement actionné en position de travail actif par l'alimentation fournie par le circuit 43. Le circuit de fuite 51 est avantageusement raccordé par une vanne de surpression 53 à la canalisation 47. L'installation décrite ci-dessus permet de mettre en oeuvre le procédé, selon l'invention, de compensation de variation de longueur subie par le transformateur 1. Ce procédé consiste à apprécier toute modification de longueur subie par le transformateur 1 amené dans une position d'extension donnée qu'il doit conserver, tout en étant soumis à une contrainte telle que celle de maintien d'une charge en suspension à partir du câble 9. Dans un tel état, le procédé consiste à mesurer la variation de longueur subie du transformateur et à apprécier le sens de cette variation, de manière à pouvoir comparer au moins la mesure de variation à une valeur de consigne qui est réglée par le bouton 32 du calculateur 31. Dès que la mesure de variation dépasse la valeur de consigne, le procédé de l'invention consiste alors à commander, à partir de la ligne d'alimentation de l'une des chambres du transformateur 1 et, plus particulièrement, de la grande chambre généralement placée sous contrainte en charge, l'ouverture du circuit de fuite 51 en cas d'accroissement de longueur ou le fonctionnement de la source ou central d'appoint 44 en cas de réduction de longueur et ceci jusqu'à retrouver la longueur originelle déterminée. A supposer que dans l'état, tel qu'illustré par la fig. 1, pour une raison quelconque le volume d'huile contenu dans la chambre 11 s'accroisse, il est clair que la longueur du transformateur 21 va croître également. Cette modification de longueur est appréciée par le capteur 30 qui fournit au calculateur 31 un signal représentatif de la mesure de variation de longueur, mais aussi du sens de cette variation. Un codeur du type incrémental connu dans la technique est à même de fournir cette double information. Dans la mesure o la valeur de consigne, qui correspond à la mesure de variation de longueur subie acceptable, est dépassée, le calculateur 31 commande la fermeture du relais 41 qui ferme le circuit 43 pour assurer l'alimentation de l'électrovanne 50. Le tiroir de l'électrovanne vient mettre en coïncidence la dérivation menant à la ligne d'alimentation 19 et le circuit de fuite 51, de sorte que la chambre 11 se trouve reliée à la bâche 18. Une évacuation de l'huile contenue dans la chambre 11 peut ainsi intervenir suivant un débit qui peut, bien entendu, être déterminé initialement par adaptation de la vanne à clapet 50 et notamment d'un calibrage qui peut être apporté directement sur la vanne ou encore sur le circuit 51. Le vérin ou transformateur 1, toujours sous charge, est alors sollicité en course de rétraction relative, de sorte que le capteur 30 fournit au calculateur 31 un signal variant en sens inverse du premier. Le calculateur 31 est ainsi à même d'apprécier, par son circuit comparatif, la caractéristique du signal par rapport à la valeur de consigne et de provoquer l'interruption d'alimentation du relais 41, dès que la longueur du transformateur 1 repasse par la valeur de consigne. A supposer que, pour une raison quelconque, le volume de la chambre 11 du transformateur 1 sous charge se réduise, par exemple par fuite ou par contraction de l'huile contenue, il est clair que la longueur du transformateur 11 va se réduire d'autant. Le capteur 30 fournit alors un signal correspondant au calculateur 31 qui, dès lors que la valeur de consigne est dépassée, commande l'alimentation du relais 40 pour assurer la mise sous tension du moteur 45 de la centrale d'appoint 44. La pompe 46 fournit alors à la ligne d'alimentation 19 un appoint de fluide hydraulique sous pression, introduit dans la chambre 11 pour commander l'extension du vérin jusqu'à atteindre la longueur initiale qui lui avait été conférée. Ainsi, dans un sens ou dans l'autre, l'installation de l'invention permet de compenser les variations de longueur qui sont subies par le transformateur 1 sous charge, soit par effet de variation de température de l'huile, soit par fuite. L'installation, selon l'invention, peut avantageusement être complétée en faisant comporter au calculateur 31 deux circuits 60 et 61 permettant de mémoriser, pour un temps de base donné premier, les fréquences et durées de fonctionnement de la centrale d'appoint 44, par exemple, par le cicuit 60 et, pour un temps de base second de même valeur, de nouveau les fréquences et durées de fonctionnement de la centrale 44. Les deux circuits 60 et 61 aboutissent à un comparateur 62 destiné à commander l'alimentation électrique d'un avertisseur 63 du type sonore et/ou lumineux. Une séquence fonctionnelle telle que celle qui suit peut ainsi intervenir. Tout d'abord, en comparaison de la fig. 2, et après initialisation du calculateur 31, laquelle intervient pour chaque commande du vérin 1 à partir de la source d'alimentation principale, le circuit de mémorisation 60 prend en compte, pendant un temps de base TB,, par exemple équivalent à 30 minutes, les fréquences et durées de fonctionnement de la centrale d'appoint, lesquelles sont représentées par les créneaux tt, t2 et t3 qui permettent d'apprécier que, pour une longueur donnée du vérin i determinée par le tracé Lo, toute réduction subie de longueur déclenche lorsqu'elle atteint le seuil Lo1 le fonctionnement de la centrale d'appoint 44 pendant une durée déterminée pour conférer par compensation au transformateur 1 la longueur Lo2. Pour le temps de base TB,, les durées de fonctionnement t1, t2, et t3 sont donc représentatives des exigences de compensation qui sont mémorisées, par exemple, par le circuit 60. Le temps de base suivant TB2 de même durée que le temps de base TB, fait l'objet d'une même mémorisation par l'intermédiaire du circuit 61 qui prend en compte les mêmes facteurs, représentés selon la fig. 2 sur la base du créneau t4. Les valeurs mémorisées par les circuits 60 et 61 sont comparées, de manière à déterminer une évolution dans le temps des durées et fréquences de fonctionnement de la centrale d'appoint. Par tout moyen électronique approprié connu de l'homme de l'art, les données mémorisées pour le temps de base TB2 constituent, pour une séquence comparative suivante, les valeurs de référence par rapport auxquelles sont comparées les données mémorisées du temps suivant de base TB3 qui devient, lui-même ensuite, le temps de référence pour la comparaison avec les valeurs du temps TB4 et ainsi de suite. Dès lors que la comparaison entre un temps de base de référence et le temps de base suivant fait apparaître un accroissement des fréquences et durées de fonctionnement de la centrale 44, le comparateur assure l'alimentation de l'avertisseur 63 qui permet de fournir à l'opérateur une information de sécurité faisant apparaître l'existence d'une fuite dans le transformateur 1, dans la mesure o les conditions d'environnement sont les mêmes toutes choses égales par ailleurs. Il doit, bien entendu, être considéré que le système décrit peut aussi fournir une information de sécurité dans le cas o la comparaison des valeurs des temps de base consécutifs permet de constater une constance dans l'appel à la source d'appoint. 1l est, en effet, clair que pendant une phase de suspension, la température de l'huile du vérin 1 doit normalement se stabiliser. En conséquence, si la fréquence de déclenchement reste constante elle doit être interprétée comme une anomalie devant être signalée. 1i convient aussi de considérer que la constatation d'un déclenchement d'alimentation du vérin en course d'extension, selon une fréquence inattendue ou inhabituelle, permet d'apprécier un dysfonctionnement de l'installation établissant une alimentation non souhaitée du vérin. L'invention n'est pas limitée à I'exemple décrit et représenté car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS: 1 - Procédé de compensation de la variation de longueur subie par un transformateur d'énergie hydraulique du type rectiligne à double effet, caractérisé en ce qu'il consiste à: - déterminer un état de longueur donné du transformateur, - mesurer la variation de longueur du transformateur et le sens de cette variation, - comparer la mesure de variation de longueur à une valeur de consigne, - commander, lorsque la valeur de consigne est dépassée et à partir de la ligne d'alimentation principale de l'une des chambres du transformateur en cas d'accroissement de longueur, l'ouverture d'un circuit de fuite branché en dérivation sur ladite ligne d'alimentation, ou en cas de réduction de longueur, le fonctionnement d'une centrale hydraulique d'appoint branchée en dérivation sur ladite ligne, - interrompre, soit l'ouverture du circuit de fuite, soit le fonctionnement de la centrale d'appoint, dès que la variation de longueur en réponse atteint la valeur de consigne. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on branche en dérivation le circuit de fuite et la centrale d'appoint sur la ligne d'alimentation de la chambre du transformateur dans laquelle la pression hydraulique la plus élevée est développée. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on - compte pour un temps de base th donné, la fréquence et la durée de fonctionnement de la centrale d'appoint, - procède de même pour le temps de base t2 suivant, - compare les fréquences et les durées pour les deux temps de base successifs, - renouvelle la comparaison en substituant à tl, t2 et à t2, t3 et ainsi de suite, - commande l'alimentation d'un avertisseur dès que la fréquence et/ou la durée de fonctionnement du temps de base dernièrement mesuré sont égales ou supérieures à celles du temps de base précédent. 4 - Installation électro-hydraulique de compensation de la variation de longueur subie par un transformateur d'énergie hydraulique (1) du type rectiligne, à double effet, dont les deux chambres (11, 12) sont raccordées, par deux lignes d'alimentation (19, 20) à une source principale (15) de fourniture de fluide hydraulique sous pression au travers d'un distributeur (16), l'une desdites lignes étant contrôlée par un clapet anti-retour (23) piloté, par ailleurs, en ouverture contrôlée par la pression régnant dans la seconde ligne, caractérisée en ce qu'elle comprend - un capteur (30) capable de fournir un signal représentatif de l'amplitude et du sens de variation de longueur subie par le transformateur, - une source électro- hydraulique (44) de fourniture d'appoint de fluide hydraulique sous pression, raccordée en dérivation à la première ligne d'alimentation (19) en aval du clapet anti- retour (23), - un circuit de fuite contrôlée (51), branché en dérivation sur la première ligne (19), en aval du clapet anti-retour et contrôlé par une électrovanne à clapet (50) à position de repos fermée, - un calculateur (31) appréciant le signal du capteur, par référence à une valeur de consigne réglable et apte à commander sélectivement le fonctionnement temporaire, soit de la source d'appoint, soit du circuit de fuite jusqu'à ce que la longueur du transformateur, appréciée par le capteur, repasse par la valeur de consigne. S - Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le calculateur contrôle le fonctionnement de deux relais (40, 41) à position de repos ouverte, placés sur les circuits d'alimentation électrique (42, 43) de la source d'appoint (44) et de l'electrovanne à clapet (50). 6 - Installation selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que le calculateur comprend: - un circuit (60) de mémorisation temporaire des fréquences et durées de fonctionnement de la source d'appoint pendant un premier temps de base donné, - un circuit (61) de mémorisation temporaire des fréquences et durées de fonctionnement de ladite source pendant un second temps de base égal au premier, - un circuit (62) de comparaison des données entre le premier et le second temps de base, - et un circuit d'alimentation d'un avertisseur (63) chaque fois que les données du second temps de base sont égales ou supérieures à celles du premier. 7 - Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que la source d'appoint (44) comprend une pompe (46) dont la canalisation de refoulement (47) aboutit à la ligne d'alimentation (19) de l'une des chambres du transformateur, et se trouve raccordée en dérivation par une soupape de surpression (53) au circuit de fuite (51). 8 - Installation selon la revendication 4 ou 7, caractérisée en ce que la source d'appoint (44) et le circuit de fuite (51) sont raccordés à la ligne d'alimentation (19) de l'une des chambres du transformateur par l'intermédiaire d'un bloc d'alimentation (21, 21a) comprenant, outre le clapet anti-retour (23) propre à ladite ligne (19), l'électrovanne à clapet (50) et un clapet anti-retour (48) monté sur la canalisation de refoulement (47) de la pompe de la source d'appoint. 9 - Installation selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisée en ce que la source d'appoint (44) et le circuit de fuite (51) sont branchés en dérivation sur la ligne d'alimentation (19) de la grande chambre (11) du transformateur constitué par un vérin à double effet (1). - Application de l'installation selon l'une des revendications 4 à 9 au vérin de flèche d'une grue mobile.