Brevet FR2915980A1 — publié le 20081114

SYSTEME D'ENTRAINEMENT PIGNON CREMAILLERE POUR MULTI MATS L'invention concerne des plates-formes autoélévatrices, ascenseurs, monte matériaux mus par un entraînement pignon crémaillère guidé le long d'un ou plusieurs mâts que nous appellerons pour simplifier machines à déplacement vertical. L'invention a pour but de proposer des perfectionnements dans le système d'entraînement, principalement pour réduire les efforts extrêmes en 10 cas d'avarie et aussi pour améliorer sensiblement la sécurité. Selon un premier aspect de l'invention, on insère entre chaque moteur et chaque réducteur un ensemble frein centrifuge/roue libre situé dans une cloche d'accouplement (8). L'ordre dans la chaîne cinématique û (voir figure 15 1) - en partant du pignon de la crémaillère (1) est le suivant : Arbre lent du réducteur (3), un ou plusieurs étages de réduction (4), frein centrifuge (5), partie entraînée de la roue libre (6), partie entraînante de la roue libre (7), rotor moteur (9), frein à manque de courant bloquant le rotor sur le stator (10) (Figure 1). 20 Lorsque le motoréducteur tourne dans le sens de la montée (flèche 30), le moteur fait tourner une partie de la roue libre qui entraîne l'autre partie solidaire (8) du frein centrifuge et du réducteur. On peut dire que l'accouplement roue libre est embrayé ou engrainé. 25 Lorsque la machine solidaire de la cloche d'accouplement (8) est arrêtée, cette dernière a tendance à faire tourner le réducteur dans le sens de la descente, inverse de la flèche (30) ; mais celui-ci est bloqué par le frein du moteur couplé au réducteur par la roue libre. Lorsque la machine descend, cette dernière entraîne le réducteur qui 30 est freiné par le moteur, lequel travaille en générateur. La roue libre est bien sûr engrainée. Par contre, si la machine se pose sur un obstacle, figuré par une cale (32) ou sur le sol, le ou les réducteurs arrêtent de tourner alors que le ou les moteurs continuent à tourner. On obtient le même résultat et le même degré de sécurité en insérant la roue libre (6, 7) entre le moteur (9) et le réducteur (4) et en accouplant le frein centrifuge (5) à un deuxième arbre rapide (11) du réducteur (Figure Ibis). Dans un entraînement rigide classique, si la machine rencontre un obstacle dans sa course en descente, elle exerce sur ce dernier une force égale à son poids propre + une force égale à au moins 2 fois son poids propre à capacité de charge maxi, puisque un moteur en situation de blocage délivre un couple double de son couple nominal. Ainsi à titre d'exemple, une machine pesant 1000 kg de poids propre et capable de transporter 1000 kg de charge utile exercera sur un obstacle en descente une force comprise entre 1000 et 2000 kg suivant qu'elle n'est pas ou qu'elle est chargée, si le ou les motoréducteurs sont équipés de roue libre, et une force comprise entre 5000 et 6000 kg s'ils n'en sont pas équipés. Pour aider à la compréhension du système, on peut donner cette 20 image. Un accouplement rigide est comparable à une machine qui serait entraînée par un groupe moteur et reliée à ce dernier par une barre rigide. Un accouplement avec roue libre est comparable à une machine qui serait entraînée par un groupe moteur et suspendue à ce dernier par un 25 câble souple. En descente si la machine rencontre un obstacle, le câble se détend. La roue libre correspond à un câble de longueur infinie, mais qui ne s'emmêle jamais et ne prend pas de mou. Cette technique associée à l'utilisation de plusieurs machines devant 30 travailler ensemble, c'est-à-dire à la même vitesse, sur des mâts différents ou non apporte un perfectionnement important. En effet, imaginons une machine portée par 2 mâts situés de part et d'autre (figure 6). Dans la solution entraînement rigide, il faut, soit mettre un arbre de 35 synchronisation mécanique, ce qui n'est pas toujours possible ou aisé, notamment si l'entraxe des mâts est variable, ou si les mâts sont répartis sur les contours d'une paroi convexe ou concave soit dimensionner le système de guidage et de sustentation de telle manière que, en cas de blocage du système d'entraînement d'un côté, la structure soit capable de reprendre la moitié du poids propre et de la charge utile + 2 fois cette valeur, c'est-à-dire une fois et demie les masses totales en mouvement prévues pour être levées par 2 mâts. Dans la solution de l'invention, il suffit que la structure résiste à un 10 déséquilibre de la moitié des masses en mouvement, ce qui est trois fois moins que dans la solution classique. Imaginons une machine bimât de 1000 kg de poids propre et de 1000 kg de capacité de charge, soit 2000 kg en tout ou 1000 kg par mât. Chaque 15 système d'entraînement est donc dimensionné pour lever 1000 kg En cas de blocage d'un motoréducteur en descente, dans la solution classique, l'autre motoréducteur poussera vers le bas de 2000 kg force à laquelle il faut rajouter la moitié des masses en mouvement, c'est-à-dire 20 1000 kg, soit une force vers le bas de 3000 kg. Dans la solution de l'invention, l'autre moteur tournera dans le vide, ne créant aucune poussée vers le bas. La force totale que doit être capable de reprendre la structure sera la moitié des masses en mouvement soit 1000 kg. De plus, dans la solution classique, le motoréducteur bloqué doit être capable de reprendre une force totale extrême de 4000 kg alors que dans la solution de l'invention, une capacité extrême de 2000 kg est suffisante. 30 Enfin, si l'on utilise une chaîne ou un arbre de synchronisation mécanique (39), dans la solution classique il devra être capable de reprendre un couple généré par la force de 3000 kg alors que dans la solution de l'invention, le couple généré par une force maximum de 1000 kg sera à prendre en compte pour le dimensionnement. 25 35 Cette invention s'applique aussi pour un nombre supérieur de machines travaillant ensemble sur plusieurs mâts (figure 5). Elle est particulièrement intéressante dans le cas de plates-formes de forme sensiblement carrée ou circulaire. Dans un premier cas, imaginons 4 mâts situés chacun à l'angle d'un carré qui serait une machine. Si l'un des systèmes d'entraînement ne retient plus la charge, cette dernière est reprise par les 2 mâts situés sur l'autre diagonale, le dernier mât servant à maintenir l'équilibre. Les 4 systèmes d'entraînement travaillent, pour donner une image, comme les 4 élingues de levage qui seraient accrochées aux 4 coins d'une charge sensiblement carrée. Si une des 4 élingues se détend, la charge est automatiquement reprise par les 2 élingues de l'autre diagonale (figure 7). Dans un deuxième cas, c'est-à-dire celui d'une plate-forme circulaire (figure 5), travaillant autour d'une pile de pont ou d'une cheminée, l'avantage procuré par l'invention est aussi intéressant. La comparaison avec la façon de travailler d'une élingue à 4 brins s'applique de la même manière à ce cas. Selon un deuxième aspect de l'invention, on associe à la commande des différents motoréducteurs (figure 2bis) équipés de roue libre un système électrique qui mesure la différence d'intensité entre les différents moteurs. Chacun sait que lorsqu'un moteur triphasé est équilibré, l'intensité sur chaque phase est sensiblement égale. Prenons comme exemple, une machine équipée de 2 moteurs entraînant 2 réducteurs par l'intermédiaire de 2 roues libres (Figure 2). Si l'on fait passer la phase L3 (16) du moteur M1 (17) et les phases LI (18) et L2 (19) du moteur M2 (20) dans un torre (12), un courant ne sera induit dans ce dernier que s'il existe un déséquilibre entre les 3 phases. Il suffit de déterminer la différence maximum acceptable dans un temps donné et de faire en sorte qu'un disjoncteur différentiel (13) associé au torre disjoncte au-delà de ces 2 valeurs Ai et A t prédéterminées, ou d'une intégrale Ai pendant un temps At. II coupera alors l'alimentation de la bobine (14) du contacteur KM1 (15). La figure 2bis représente le schéma de principe pour 6 moteurs Voyons maintenant comment va réagir le système dans les différents cas : En montée si un motoréducteur associé à un moteur est bloqué, ce moteur consommera 6 fois son intensité nominale, alors que les 2 autres ne consommerons au maximum que 1.5 fois leur intensité nominale, car ils ne seront pas empêchés de monter du fait qu'une roue libre est insérée entre le moteur bloqué et son réducteur. Le disjoncteur différentiel disjonctera à At. En montée, si un motoréducteur associé à un moteur tourne dans le vide (roue de réducteur cassée, clavette inopérante, roue libre endommagée), l'intensité absorbée sera de l'ordre de 0.3 fois son intensité nominale, alors que les 2 autres consommeront entre 0.75 et 1.5 fois leur intensité nominale suivant que la machine est à vide ou en charge. Le disjoncteur différentiel disjonctera à At. En descente, si un motoréducteur associé à un moteur est bloqué. Ce moteur consommera 6 fois son intensité nominale dans le sens entraînant alors que les 2 autres ne consommeront au maximum que 1.5 fois leur intensité nominale et en plus, dans le sens freinant. Le disjoncteur différentiel disjonctera à At. Si un moteur tourne dans le vide, ce moteur consommera environ 0.3 fois son intensité nominale alors que les 2 autres ne consommeront au maximum que 1.5 fois leur intensité nominale et en plus dans le sens freinant. Le disjoncteur différentiel disjonctera à At. En montée, après un freinage en descente, si un des moteurs freine sensiblement moins que l'autre, il sera peu chargé au moment du redémarrage, alors que l'autre reprendra toute la charge. Si At est suffisamment court, le disjoncteur différentiel disjonctera. Cela signifiera qu'un réglage de frein est nécessaire. Selon un troisième aspect de l'invention, (Figure 3.) on monte chaque motoréducteur en pendulaire, c'est-à-dire que l'arbre lent du réducteur est monté sur un ou plusieurs roulements ou paliers (21 et 22) ; les paliers (21 et 22) sont par ailleurs fixés à la structure guidante de la machine. La carcasse du réducteur est bloquée en rotation par au moins un axe ou un appui peseur à jauge de contrainte (23). Cette jauge (23) permet de mesurer le couple induit sur le motoréducteur correspondant. En marche normale, la charge se répartit également sur l'ensemble 10 des réducteurs entraînant. La mise en oeuvre de ce système de jauge de contrainte sur chaque motoréducteur offre le double avantage de pouvoir connaître la charge sur la machine, qui est la somme des charge sur chaque motoréducteur et de 15 déterminer une consigne qui arrête la machine dans le cas où une différence de charge trop importante dans un temps donné subsiste. Le boîtier comparateur, comportant autant d'amplis opérationnels qu'il y a de jauges, commandera la coupure de l'alimentation conformément aux consignes Acharge et A temps prédéterminées. 20 Ce troisième perfectionnement peut être monté seul ou en deuxième sécurité avec le disjoncteur d'intensité différentielle Selon un quatrième aspect de l'invention, on alimente 25 indépendamment par un système secouru par batteries des freins (10) à manque de courant. Ainsi en cas de coupure de l'alimentation électrique principale, il est toujours possible de redescendre par gravité en ouvrant les freins à manque de courant. La vitesse de descente est alors régulée par les freins centrifuges présents sur chaque groupe motoréducteur. 30 REVENDICATIONS 1. Système d'entraînement comportant un moteur (9) et un réducteur (4) caractérisé en ce que l'on a inséré entre le moteur et le réducteur une roue libre (6, 7) et un frein centrifuge (5), le frein centrifuge étant accouplé directement à un arbre rapide (11) du réducteur, le moteur entraînant une des deux parties tournantes de la roue libre suivant un sens de rotation. 2. Système d'entraînement suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que la roue libre est disposée entre le moteur et le réducteur et que le frein centrifuge est disposé sur un deuxième arbre rapide du réducteur. 3. Système d'entraînement suivant l'une des revendications 1 à 2 caractérisé par le fait que plusieurs motoréducteurs engrainent sur une même crémaillère (2) (figure 4) 4. Système d'entraînement suivant l'une des revendications 1 à 3 caractérisé par le fait que plusieurs motoréducteurs engrainés sur plusieurs crémaillères parallèles entraînent une même machine particulièrement de forme carrée ou circulaire. (figure 5) 5. Système d'entraînement suivant l'une des revendications précédentes caractérisé par le fait que plusieurs machines circulant ensemble sur plusieurs mâts sont synchronisées par des roues et chaînes (39) ou des arbres et pignons faisant passer un couple environ 3 fois inférieur à celui nécessaire dans un système sans roue libre. 6. Système d'entraînement suivant l'une des revendications précédentes caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour mesurer des différences de consommation électrique entre différents moteurs par un système d'un ou plusieurs torres, associés à autant de disjoncteurs différentiels, qui coupent l'alimentation en cas de dépassements de seuil de sécurité, ces dépassements étant déterminés en pourcentage de différence d'intensité durant un temps donné. 7. Système d'entraînement suivant l'une des revendications précédentes caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour mesurer le couple généré par la charge sur chaque motoréducteur monté en pendulaire à l'aide de jauges de contrainte, afin de mesurer la charge globale sur la machine et de faire arrêter la machine en cas de différences dépassant pendant un temps donné des seuils prédéterminés de sécurité. 8. Système d'entraînement suivant l'une des revendications précédentes caractérisé par le fait qu'il comporte, en cas de coupure de l'alimentation électrique, une batterie, associée ou non à un onduleur pour ouvrir simultanément l'ensemble des freins à manque de courant afin de redescendre par gravité, la vitesse étant régulée par des freins centrifuges présents sur chaque motoréducteur.10