Brevet FR2790538A1 — publié le 20000908

Le domaine technique visé par la présente invention est celui des structures porteuses en caisson creux pouvant aussi être qualifiées de tubulaires et qui sont utilisées dans de nombreux domaines pour supporter des charges relativement importantes en travaillant généralement à la flexion, dans des conditions faisant intervenir un ou plusieurs points d'appui. Le domaine technique visé est plus particulièrement, mais non exclusivement celui des structures porteuses composées de plusieurs éléments qui sont montés télescopiquement, de façon à offrir une possibilité d'adaptation de la longueur utile de la structure lorsque le besoin se fait sentir. A titre d'application préférée, l'invention vise les flèches télescopiques et plus particulièrement encore celles équipant les grues adaptées sur des plates-formes automotrices. Dans le domaine technique général technique ci-dessus, il est connu de réaliser des poutres en caisson creux pour la constitution d'éléments de flèche télescopique. La technique antérieure a connu un certain nombre de propositions faisant intervenir des structures répondant aux techniques ci-dessous. L'une des premières a été l'adoption d'une structure purement rectangulaire en section droite transversale, obtenue par la liaison par soudure de plaques planes constituant un dessus, un dessous et des flancs. Le support et le glissement de deux éléments télescopiques d'une telle facture sont assurés par des patins qui peuvent être d'angle ou non, mais dont la présence provoque, lors des contraintes de charge, des zones de déformation des plaques, plus particulièrement sur le dessus et le dessous sollicités en flexion vers l'intérieur du caisson. De telles déformations sont de nature à réduire les caractéristiques de résistance en charge. Les déformations constatées ne concernent pas que le dessus et le dessous mais intéressent également les flancs, qu'il s'agisse de l'élément extérieur ou de l'élément intérieur dans le cas d'une poutre à éléments télescopiques. Les jeux qui naissent des déformations nécessitent des réglages d'appui fréquents, entre lesquels les caractéristiques fonctionnelles d'une telle poutre sont amoindries au point de faire naître, notamment dans le cas d'application à une flèche télescopique, une réduction de la tenue latérale, voire l'apparition de battements 2 2790538 possibles en position d'arrêt sous charge, ce qui est de nature à compliquer le bon déroulement d'une prise en charge, d'une pose ou d'un enlèvement. Pour tenter de remédier à cet inconvénient fondamental, il a été préconisé d'adapter, par soudure, des renforts sur les plaques les plus sollicitées sans que la structure ainsi constituée puisse être considérée comme exempte de déformation. En outre, de tels renforts, qui sont constitués généralement par des doublages de plaque, viennent accroître le poids global et réduisent les capacités fonctionnelles de la flèche. Par ailleurs, la présence de tels renforts ne peut être pratiquement envisagée que sur les faces extérieures, de sorte que les sauts d'épaisseur que présente notamment l'élément interne coulissant pose des problèmes de passage lors du télescopage relativement aux patins assurant son support et son guidage par rapport à l'élément qui lui est extérieur. La technique antérieure a connu une évolution de structure consistant à réaliser la poutre en caisson creux en faisant intervenir des plaques planes constitutives du dessous, du dessous et des flancs latéraux lesquelles sont réunies par soudure par l'intermédiaire de segments d'angle courbes à convexité tournée vers l'extérieur. Une telle disposition permet un léger gain de largeur pour les plaques planes, sans toutefois atteindre une réduction significative, de sorte que des problèmes du même ordre que ceux évoqués précédemment sont à considérer. Les angles arrondis apportent certes une possibilité de meilleur guidage, en permettant la mise en place de patins de support et de guidage coopérant avec ces angles et fournissant un meilleur autocentrage et une suppression des battements. Cependant, les parties planes constitutives du dessous, du dessous et des flancs sont encore sujettes à des déformations qui ne peuvent être contrôlées que par l'adaptation de renforts faisant naître les difficultés précédemment évoquées. La technique a aussi proposé une autre forme de structure, à partir d'une sorte de demi-coque dite tendue formant le dessus et les deux angles arrondis et d'une demi-coque dite comprimée roulée ou croquée. Une telle forme de réalisation présente un certain nombre d'inconvénients. Tout d'abord en raison de la réduction, voire de la quasi absence de flancs latéraux, une telle structure connaît une perte 3 2790538 d'inertie latérale et se trouve sujette, sous charge, à des phénomènes de rotation ou de torsion. Dans des conditions de charge importante et de développement télescopique maximal, la partie télescopée extrême, entièrement sortie, peut alors être sujette à un vrillage susceptible d'être la cause de conséquences préjudiciables. Par ailleurs, une telle structure pose un problème de guidage pour les raisons suivantes. Lorsque la demi-coquille comprimée est réalisée par croquage, il est nécessaire de prévoir des patins à surface de glissement plane, qui sont amenés à coopérer avec les portions de tôle s'étendant entre deux plis de croquage. Cependant, il n'apparaît pas envisageable de faire coopérer chaque plage plane avec un patin, de sorte que l'appui sous charge contraint fortement les plis qui sont situés de part et d'autre de chaque patin. Dans le cas o la demi-coquille comprimée est roulée, la seule possibilité de support est de faire intervenir un patin de forme complémentaire qui induit des frottements importants, préjudiciables au bon glissement. Il doit être noté, par ailleurs, que la forme de la demi-coquille comprimée s'oppose techniquement à la possibilité d'adjoindre des renforts locaux. En effet, il peut être considéré qu'une telle adjonction, par doublage extérieur, relève actuellement de l'impossibilité technique de réalisation convenable. En conséquence, lorsqu'il est souhaité produire avec une telle technique de fabrication une poutre d'égale résistance, il est nécessaire de former la demi-coquille comprimée par la succession d'éléments roulés ou croqués, d'épaisseurs différentes, qui sont raboutés par des lignes de soudure transversales. Une telle réalisation pose un problème sérieux de guidage en télescopage, soit de rentrée, soit de sortie, et fait naître l'existence de zones relativement sensibles au droit des lignes de soudure transversale, même si toutes les meilleures techniques et contrôles possibles sont mis en oeuvre pour leur exécution. L'objet de l'invention est de proposer une nouvelle technique de réalisation d'une structure de poutre en caisson creux, proposition visant à remédier aux inconvénients ci-dessus en assurant une optimisation de la structure en section droite transversale pour l'obtention de meilleures caractéristiques mécaniques. 4 2790538 Pour atteindre l'objectif ci-dessus, l'invention propose une structure de poutre en caisson creux qui est caractérisée en ce que, prise en coupe transversale, elle se présente sous la forme d'une section fermée, de forme générale pseudo-rectangulaire, dont la longueur est orientée parallèlement à un axe de symétrie vertical et comprenant: - un dessus plan, - deux angles supérieurs courbes à convexité tournée vers l'extérieur, liés au-dessus de part et d'autre de ce dernier et orientés vers le bas de façon symétrique par rapport à l'axe de symétrie, - deux flancs prolongeant vers le bas les angles supérieurs et présentant chacun au moins un pli dont l'arête qu'il forme est tournée vers l'extérieur et qui est situé à distance et en dessous d'un axe de référence médian perpendiculaire à l'axe de symétrie, - deux angles courbes inférieurs à convexité tournée vers l'extérieur, prolongeant les flancs en étant orientés l'un vers l'autre symétriquement par rapport à l'axe de symétrie, - et un dessous reliant les angles inférieurs et présentant au moins un pli dont l'arête est tournée vers l'extérieur et qui se trouve située sur l'axe de symétrie vertical. L'invention a encore pour objet une poutre en caisson creux adoptant une section droite transversale du type de la structure ci-dessus. L'invention a enfin pour objectif une flèche télescopique, notamment pour grue, dont les éléments sont constitués par des poutres du type cidessus. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite cidessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation et de mise en oeuvre de l'objet de l'invention La fig. I est une vue schématique illustrant un exemple d'application de l'objet de l'invention. La fig. 2 est une coupe transversale prise, à plus grande échelle, selon la ligne II de la fig. 1. 2790538 La fig. 3 est une vue axonométrique montrant partiellement, à plus grande échelle, la relation de structure et de fonction entre deux éléments télescopiques de flèches du type de celle illustrée par la fig. 1. Les fig. 4 et 5 sont des coupes transversales prises respectivement selon les plans IV-IV et V-V de la fig. 3. Les fig. 6 et 7 sont des perspectives partielles montrant certains détails constructifs en relation avec les fig. 4 et 5. La fig. 1 montre, à titre d'exemple, une application de l'objet de l'invention à une flèche 1 télescopique, d'une grue à caractère mobile comprenant par exemple une plate-forme ou un châssis 2 monté sur des organes 3 de roulement, de motorisation et de direction. Le châssis ou plate-forme 2 porte une cabine de conduite 4 ainsi qu'une tourelle 5 sur laquelle est adaptée une cabine 6. La tourelle 5 est montée orientable sur un axe vertical x-x' et porte un axe 7 sur lequel est montée la flèche 1 composée, dans l'exemple illustré, de quatre éléments télescopiques 9 à 12. Le premier élément 9 est dit de base et se trouve adapté sur l'axe 7 sur lequel il peut être réglé en site par l'intermédiaire d'un vérin 8. Les éléments 10 et 11 sont dits intermédiaires, alors que l'élément 12 est dit extrême et porte une poulie 13 pour l'inflexion et le guidage d'un câble 14 susceptible d'être enroulé ou déroulé à partir d'un treuil 15 pour élever ou abaisser une charge 16. Il doit être considéré que l'objet de l'invention, qui concerne la structure de la flèche 1, pourrait trouver d'autres types d'application et viser toute poutre à caractère unitaire ou télescopique, destinée à supporter une charge relativement importante en travaillant à la flexion à partir d'un ou de deux points d'appui, la zone comprimée de la poutre sous charge pouvant indifféremment être sur le dessus ou sur le dessous. Dans l'application préférentielle, une flèche ou poutre télescopique du type ci-dessus doit répondre à certaines exigences de résistance, notamment dans l'état pour partie au moins télescopé, quelque soit le mode de télescopage susceptible d'intervenir, c'est-à-dire qu'il s'effectue sous charge ou hors charge. En effet, le télescopage ne met en oeuvre qu'un ou plusieurs organes moteurs uniquement chargés de provoquer la course de rentrée ou la course de sortie d'un élément par rapport à un autre et ne rentre pas, structurellement parlant, dans les éléments constitutifs contribuant à la résistance mécanique de la poutre. 6 2790538 Pour prendre un exemple illustré plus particulièrement par la relation entre les éléments télescopiques 12 et 11, l'application de la charge 16 fait naître deux types de contraintes principalement figurées par les flèches fi et f2. Ces contraintes sont responsables de risques de déformation de la structure des éléments, déformation qu'il convient de combattre pour disposer des meilleures caractéristiques mécaniques pour une masse la plus faible possible. C'est l'objet de la proposition structurelle de l'invention qui est illustrée par la fig. 2 montrant une structure se présentant en coupe droite transversale, tel que cela est pris selon la ligne II-1I à la fig. 1, sous la forme d'une section fermée, de forme générale pseudo rectangulaire, dont la plus grande dimension est orientée verticalement. Une telle section, qui possède un axe de symétrie A correspondant à la plus grande dimension, comprend un dessus plan 20 qui est prolongé, de part et d'autre de l'axe de symétrie A, par deux angles supérieurs 21 courbes dont la convexité est dirigée vers l'extérieur, de manière à être tous les deux orientés symétriquement vers le bas pour être raccordés à deux flancs latéraux 22. Selon l'invention, les plans occupés par les flancs 22 sont orthogonaux au plan occupé par le dessus 20. L'exemple de structure de poutre montré à la fig. 2 en référence avec l'élément 12 fait apparaître que selon l'invention les flancs 22 présentent chacun un pli 23 qui est situé dans la partie de chaque flanc considéré comme inférieure par rapport à un axe de référence médian B perpendiculaire à l'axe A. Les plis 23 sont formés pour que l'arête qu'ils définissent, désignée par la référence 23a, soit orientée vers l'extérieur. La structure comprend, en outre, deux angles courbes inférieurs 24, à convexité tournée vers l'extérieur et qui sont orientés en vis-à-vis par rapport à l'axe de symétrie A pour être raccordés à un fond 25. Selon l'invention, le fond 25 comporte au moins un et préférentiellement deux plis 26 qui sont exécutés pour que leur arête 26a soit dirigée vers l'extérieur. Les plis 26 sont en outre exécutés de façon que le fond 25 se trouve formé par deux plages planes 27 orientées de façon inclinées et convergentes en direction de l'axe A pour être raccordées, soit directement entre elles dans le cas de présence d'un seul pli 26, soit par une plage plane centrale surbaissée 28 située entre les deux plis 26. 7 2790538 De préférence également les angles courbes 21 et 24 sont définis par un rayon de courbure de l'ordre de 125 mrm. Dans une variante de réalisation, également montrée à la fig. 2 pour ce qui concerne l'élément 11, les flancs 22 correspondant font apparaître l'existence de deux plis 23, et 232 semblables sinon identiques aux plis 23 et exécutés pour que le premier soit marqué sensiblement dans la zone de raccordement de chaque flanc avec l'angle courbe supérieur 21, alors que le second occupe l'emplacement similaire au pli 23 correspondant de l'élément 12. Quelle que soit la forme de réalisation, il est avantageux de donner aux plis 23, 231, 232une valeur angulaire comprise entrelO et 12 . De même, il est avantageux de conférer au pli 26 une valeur angulaire comprise entre 12 et 16 . Dans une variante de réalisation, la demi-coquille tendue 29 présente une épaisseur inférieure à celle de la coquille 30 comprimée. Le choix d'une structure du type ci-dessus pour constituer une poutre en caisson creux est complété, au sens de l'invention, dans le cas d'application à la constitution d'une poutre télescopique, par des moyens de support, de guidage et de glissement qui sont plus particulièrement illustrés par les fig. 3 à 5. La fig. 3 montre une poutre télescopique 1 composée de deux éléments coulissants, tels que 11 et 12, qui possèdent une structure en section droite transversale du type de la fig. 2, de façon que l'élément 12 puisse être engagé à l'intérieur de l'élément 11 par rapport auquel il est maintenu avec possibilité de glissement par des moyens de support et de guidage dits arrière 35 et dits avant 36. Le qualificatif de "arrière" et de "avant" doit être considéré en rapport avec une orientation d'utilisation de la poutre 1 correspondant, par exemple, à une situation d'orientation des éléments par rapport à la base de la flèche 1 qui serait la partie arrière et par rapport à la tête de flèche 13 qui serait la partie avant. Par référence à cette orientation, l'élément 12 dit avant est celui de plus petite section, alors que l'élément 11 arrière est celui de plus grande section. Les moyens de support et de guidage 35 sont adaptés à la partie arrière de l'élément 12 alors que les moyens de support et de guidage 36 sont adaptés à l'avant de l'élément 11. 8g 2790538 Les moyens 35, tels qu'illustrés par les fig. 4 et 6, font intervenir l'adaptation, sur l'extrémité arrière de l'élément 12 qui est aussi celle qui, dans tous les cas d'utilisation, est disposée à l'intérieur de l'élément 11, d'une ceinture de renforcement 37 qui porte dans les parties angulaires quatre patins 38 et 39 destinés à coopérer avec les surfaces internes concaves des angles courbes supérieurs et inférieurs de l'élément 11. Les patins 38 et 39, qui sont avantageusement réalisés en polyamide et sont montés de manière à pouvoir être réglés dans le sens double des flèches f3, par des moyens de fixation appropriés 40 et 41. Les patins 38 prennent appui sur des semelles 42 et sont responsables du support et du guidage en vue de l'absorption des efforts et des contraintes exercés selon la flèche fi. Les moyens de support et de guidage 36, tels qu'illustrés par les fig. 5 et 7, font intervenir à l'extrémité avant de l'élément 11 de plus grande section, une ceinture portant deux patins 46 dits supérieurs, adaptés de façon réglable par l'intermédiaire de moyens de fixation 47. Ces patins 46 sont destinés à coopérer par enveloppement avec la face externe des angles supérieurs courbes 21 de l'élément 12 de plus petite section. La ceinture 45 définit, dans sa partie inférieure destinée à reprendre les efforts selon les flèches f3 dans le sens extérieur, un châssis 48 enveloppant à distance la partie inférieure de l'élément de plus petite section 12, de manière à recevoir un berceau 49 constituant des moyens de support et de guidage inférieurs. Le berceau 49 est prévu pour épouser la surface de l'élément 12 comprise entre les plis 23 et incluant les angles courbes 24 ainsi que le fond 25. A cet effet, le berceau 49 peut être constitué de manière monobloc ou encore être formé par deux demi-berceaux 49, dont chacun est soit monobloc, soit composé de patins 50, 51 et 52. Dans le cas de réalisation par deux berceaux 491, il est avantageux que chacun d'eux épouse la demi partie correspondante de la surface inférieure ou comprimée de l'élément 12 pour emboîter le pli 23 et le pli 26 sans épouser complètement et sur toute la largeur la plage 28. Le berceau 49 ou ses éléments constitutifs sont avantageusement réalisés en polyamide. Le berceau 49 est destiné à constituer le moyen de support et de guidage à même de reprendre les efforts s'exerçant dans le sens de la flèche f2 et qui auraient 9 2790538 pour incidence de provoquer l'ouverture angulaire supplémentaire des plis 23 et 26. C'est la raison pour laquelle le berceau 49 épouse la surface inférieure ou comprimée en englobant les plis 23 et 26 de manière à constituer des points d'appui reprenant les contraintes pouvant se développer sous charge dans les zones correspondantes afin d'éviter l'ouverture angulaire et la déformation. De manière complémentaire et pour les mêmes raisons, les moyens de guidage arrière 35 font intervenir deux barrettes latérales 53 rapportées fixement sur les faces extérieures des flancs 22 de l'élément de plus petite section 12, à proximité de son extrémité arrière, de manière à constituer des appuis coopérant avec les faces intérieures des flancs de l'élément 11 de plus grande section, à proximité des plis 23, et, de préférence, immédiatement en dessous de ces derniers par rapport au dessus 20. De même, les moyens de guidage 36 dits avant comportent, adaptés sur la ceinture 45, des sabots 54 qui sont appliqués sur les faces extérieures des flancs 22 de l'élément de plus petite section 12 pour reprendre les contraintes qui s'exercent au droit des plis 231. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. z10Y2790538 REVENDICATIONS 1. Structure de poutre en caisson caractérisée en ce que, prise en coupe droite transversale, elle se présente sous la forme d'une section fermée, de forme générale pseudo-rectangulaire dont la longueur est orientée parallèlement à un axe de symétrie vertical (A) et comprenant: - un dessus plan (20), - deux angles supérieurs courbes (21) a convexité tournée vers l'extérieur, liés au-dessus de part et d'autre de ce dernier et orientés vers le bas de façon symétrique par rapport à l'axe de symétrie, - deux flancs (22) prolongeant vers le bas les angles supérieurs et présentant chacun au moins un pli (23) dont l'arête (23a) qu'il forme est tournée vers l'extérieur et qui est situé à distance et en dessous d'un axe de référence médian (B) perpendiculaire à l'axe de 1 5 symétrie, - deux angles courbes inférieurs (24), à convexité tournée vers l'extérieur prolongeant les flancs en étant orientés l'un vers l'autre symétriquement par rapport à l'axe de symétrie, - et un dessous (25) reliant les angles inférieurs et présentant au moins un pli (26) dont l'arête (26a) est tournée vers l'extérieur et se trouve située sur l'axe de symétrie vertical. 2. Structure de poutre selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dessous (25) présente deux plis (26) dont les arêtes (26a) sont situées symétriquement à égale distance de part et d'autre de l'axe de symétrie vertical. 3. Structure de poutre selon la revendication 2, caractérisée en ce que les plis (26) du fond (25) sont marqués, pour former dans le fond deux plages planes (27), inclinées de façon divergente vers le bas en direction de l'axe de symétrie et une plaque plane centrale (28) surbaissée. 4. Structure de poutre selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce qu'elle est réalisée à partir de tôle d'épaisseur constante. 1h 1 2790538 5. Structure de poutre selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est réalisée pour présenter, dans sa demi- partie (30) comprimée par rapport à l'axe de référence (B), une épaisseur plus grande que celle de la demi-partie tendue (29). 6. Structure de poutre selon les revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle est constituée par deux demi-sections liées par soudure sur l'axe de référence (B). 7. Structure de poutre selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que chaque flanc comporte deux plis (231, 232), situés de part et d'autre de l'axe de référence (B). 8. Structure de poutre selon la revendication 1 ou 7, caractérisée en ce que les plis des flancs définissent chacun un angle compris entre 10 à 12 pour les plis (23) et 12 à 16 pour les plis (26), 9. Poutre en caisson creux caractérisée en ce qu'elle présente une section droite transversale constante de structure selon l'une des revendications 1 à 8. 10. Flèche télescopique composée d'au moins deux éléments en forme de poutre en caisson creux selon la revendication 9, dont l'une (12), de plus grande section, orientée vers le pied de la flèche reçoit à coulissement, l'autre (11), de plus petite section, orientée vers la tête de la flèche, lesdits éléments étant associés par des moyens de support, de guidage et de glissement (35 et 36), caractérisée en ce que ces moyens comprennent: au droit de l'extrémité de l'élément (1 2) de plus petite section disposée à l'intérieur de l'élément (11) de plus grande section, une ceinture de renforcement (37) portant des patins (38), (39) dits de guidage arrière qui coopèrent avec les surfaces courbes, concaves, intérieures; que définissent les angles supérieurs et inférieurs de l'élément de plus grande section. - au droit de l'extrémité de l'élément (11) de plus grande section, tournée vers la tête de flèche, une ceinture de renforcement (45) portant: - d'une part, deux patins dits de guidage avant (46), coopérant avec les surfaces courbes convexes extérieures que définissent les angles supérieurs de l'élément de plus petite section 12 2790538 - d'autre part, un berceau (49) dit de support et de guidage avant, coopérant avec la surface extérieure de l'élément de plus petite section définie par le dessous (25), les angles inférieurs (24) et, pour partie, les flancs incluant les plis inférieurs (23). 11. Flèche télescopique selon la revendication 10, caractérisée en ce que le berceau est formé d'une pièce monobloc. 12. Flèche télescopique selon la revendication 10, caractérisée en ce que le berceau est composé de deux demi-berceaux (49,) de forme symétrique par rapport à l'axe de symétrie(A), chacun coopérant avec l'angle inférieur correspondant, avec la partie de flanc incluant le pli et avec la partie du dessous incluant le pli. 13. Flèche télescopique selon la revendication 12, caractérisée en ce que le berceau est composé de patins indépendants (50, 51 et 52). 14. Flèche télescopique selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisée en ce que le berceau est maintenu dans un logement délimité par la demi partie inférieure de la ceinture. 15. Flèche télescopique selon la revendication 10, caractérisée en ce que les moyens de guidage comprennent deux barrettes (53) rapportées sur les faces extérieures des flancs de la partie terminale interne de; 'élément (12) de plus petite section, de manière à coopérer avec les parties, des faces intérieures des flancs de l'élément de plus grande section, qui s'étendent juste sous les plis supérieurs. 16. Flèche télescopique selon la revendication 10, caractérisée en ce que les moyens de guidage comprennent deux sabots avant (54) portés par la ceinture de l'élément de plus grande section pour coopérer avec les parties, des surfaces extérieures des flancs de l'élément de plus faible section, qui s'étendent juste sous les plis supérieurs.