Brevet FR2931467A1 — publié le 20091127

La présente invention se rapporte, d'une façon générale, au domaine technique des grues à tour. Plus particulièrement, cette invention s'intéresse au mécanisme d'orientation de la partie tournante d'une grue à tour, et encore plus précisément à un dispositif de mise en girouette de la grue à tour, dispositif qui est associé au mécanisme d'orientation et qui, dans le cas de la présente invention, vise à faciliter la mise en girouette de la grue dans un vent perturbé. Une grue à tour est habituellement composée de deux parties principales, qui sont d'une part un pylône vertical non tournant aussi désigné comme � mât �, et d'autre part une partie supérieure tournante, c'est-à-dire orientable autour d'un axe de rotation vertical. La partie supérieure tournante, montée au sommet du mât, se compose elle-même d'une flèche, s'étendant d'un côté de l'axe de rotation vertical de cette partie tournante, et d'une contreflèche équipée d'un lest, s'étendant de l'autre côté de l'axe de rotation vertical, donc à l'opposé de la flèche. La rotation de la partie tournante autour de cet axe vertical est commandée par un ensemble motorisé, désigné ici comme mécanisme d'orientation. Pour réaliser le montage de la partie tournante au sommet du mât d'une grue à tour, il est habituellement prévu, intercalée entre la flèche et la contreflèche de la partie tournante, une couronne d'orientation composée de deux bagues concentriques, avec une bague fixe reliée au sommet du mât et avec une bague mobile solidaire de la partie tournante, bagues entre lesquelles sont montés roulants des billes ou des galets cylindriques. Pour commander la rotation de la partie tournante ainsi montée, le mécanisme d'orientation comprend habituellement au moins un motoréducteur électrique solidaire de cette partie 1.ournante, lequel entraîne en rotation un pignon d'axe vertical qui engrène avec une roue dentée taillée dans la bague fixe de la couronne d'orientation. Selon la puissance à transmettre pour mettre en rotation la partie tournante, on peut monter ici un, deux ou plusieurs motoréducteurs sur la partie tournante. La couronne d'orientation est conçue pour permettre la rotation de la partie tournante avec un couple d'entraînement minimal ; néanmoins, il faut exercer entre les parties considérées de la grue un couple suffisant pour vaincre les frottements des billes ou des galets intercalés entre la bague fixe et la bague mobile de la couronne. Le motoréducteur d'orientation possède habituellement un frein interne, commandé par un électro-aimant. Lorsque le moteur est à l'arrêt, la bobine de l'électro-aimant n'est pas alimentée électriquement, et un couple de freinage est exercé. Par contre, lorsque l'électro-aimant est alimenté électriquement, aucun couple de freinage n'est exercé par ce frein. En cas de pluralité de motoréducteurs d'orientation, l'un d'eux au moins est équipé d'un tel frein, qui intervient pendant les périodes de travail de la grue. En dehors de ses périodes de travail, donc lorsqu'elle se trouve � hors service �, une grue à tour est habituellement mise en girouette, c'est-à-dire qu'on laisse la partie tournante de la grue s'orienter librement selon la direction du vent. La contreflèche se place alors contre le vent, tandis que la flèche s'oriente alors dans le sens du vent, car la surface de la flèche qui est exposée au vent est supérieure à celle de la contreflèche. Eventuellement, la surface de la flèche exposée au vent est augmentée, en ajoutant par exemple des plaques verticales dans la flèche. Pour permettre à la grue de se mettre en girouette, le grutier désactive le frein clu moteur d'orientation lorsqu'il quitte son poste de travail. De tels système sont décrits, par exemple, dans les documents de brevets FR 2135689 et EP1422188. Néanmoins, lorsque la grue à tour est installée dans un environnement perturbé, en ce qui concerne les conditions du vent, la vitesse et la force du vent frappant la contreflèche peuvent être très différentes de la vitesse et de la force du vent frappant simultanément la flèche. La différence entre le couple de rotation appliqué à la flèche et le couple de rotation appliqué à la contreflèche devient alors très supérieure au couple de frottement de la couronne d'orientation, si bien que la partie tournante de la grue, au lieu de se placer dans la direction du vent, va se mettre à tourner dans un certain sens, sans s'arrêter. Ainsi, la grue ne parvient pas à se mettre en girouette correctement, et sa partie tournante est entraînée en une rotation incontrôlée. Dans de telles conditions, il existe un risque de chute de la grue, notamment si une rafale de vent vient frapper la partie tournante lorsque cette dernière est orientée perpendiculairement à la direction du vent. De telles conditions perturbées peuvent notamment se présenter si la grue est implantée dans un environnement urbain dans lequel des bâtiments voisins de grande hauteur créent une influence, ou dans des sites naturels tels qu'à proximité d'une falaise ou dans une vallée encaissée, ou encore à proximité de tours de refroidissement de centrales électriques, et autres situations similaires. Pour empêcher la mise en rotation incontrôlée de la partie tournante d'une grue à tour lorsqu'elle est installée sur un tel site, sujet à des vents perturbés, donc pour éviter le risque de chute de la grue, il a déjà été proposé une solution qui consiste à intercaler, dans le mécanisme d'orientation, un frein additionnel qui, lors de la mise en girouette de la grue, exerce un couple de freinage permanent, suffisant pour empêcher une rotation incontrôlée de la partie tournante, tout en laissant la mise en girouette possible. Cette solution a été décrite dans la demande de brevet français 07.05817 du 10 août 2007 et dans la demande de brevet européen correspondante 08356064.9 du 24 avril 2008 au nom clu Demandeur. Selon ces documents, la solution proposée consiste, dans le cas d'un mécanisme d'orientation comprenant au moins deux motoréducteurs, à prévoir un motoréducteur avec frein principal utilisé pour le travail normal de la grue, et un autre motoréducteur qui est équipé du frein additionnel destiné à freiner la partie tournante lorsque la grue est hors service, pour garantir une mise en girouette correcte. Cette solution a pour inconvénient d'être unique pour un chantier et pour une grue et, du fait qu'elle impose des modifications d'une grue de série, elle rend nécessaire une mise en conformité de la grue à la fin d'un chantier. De plus, cette solution n'est pas adaptée au cas d'un mécanisme d'orientation à motoréducteur unique, à moins d'ajouter à la sortie du motoréducteur un frein additionnel externe qui, lui aussi, exige une transformation importante de la grue. La présente invention vise à éliminer ces inconvénients, et elle a donc pour but de fournir une solution alternative au problème de la rotation incontrôlée de la partie tournante de la grue en cas de vent perturbé, solution qui ne nécessite aucune modification d'une grue de série et qui est facilement transposable d'un chantier à un autre, et qui par ailleurs constitue une solution convenant pour des grues dont le mécanisme d'orientation possède un seul motoréducteur. A cet effet, la présente invention a pour objet un mécanisme d'orientation de la partie tournante d'une grue à tour, avec dispositif de mise en girouette de la grue à tour, le mécanisme comprenant au moins un motoréducteur d'orientation avec frein principal interne désactivé lorsque la grue est mise hors service, ainsi que des moyens de freinage additionnels aptes à être activés lorsque la grue est mise hors service pour exercer sur la partie tournante de la grue un couple de freinage évitant une rotation incontrôlée de ladite partie tournante lors de la mise en girouette, ce mécanisme d'orientation étant essentiellement caractérisé par le fait que les moyens de freinage additionnels sont incorporés dans le motoréducteur ou dans l'un des motoréducteurs, sous la forme d'un frein annexe interne intercalé entre le moteur et le réducteur. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le frein annexe interne, intercalé entre le moteur et le réducteur, est un frein à disque unique commandé par un électro-aimant, ce frein étant alimenté électriquement de manière à ne pas freiner la rotation de la partie tournante de la grue lorsque la grue est en service, mais exerçant un couple de freinage par l'intermédiaire de moyens à ressort lorsqu'il n'est pas alimenté électriquement, de manière à éviter la rotation incontrôlée de la partie tournante de la grue lorsque celle-ci est mise en girouette. Ainsi, la solution de l'invention consiste en l'adjonction, dans le motoréducteur unique ou dans l'un des motoréducteurs du mécanisme d'orientation, d'un ensemble électromécanique éventuellement démontable composé d'un frein, de son coffret électrique et de son faisceau de câbles, le dispositif étant apte à freiner un arbre interne du motoréducteur, donc à freiner la partie tournante de la grue à tour, en étant opérationnel lorsque la grue est mise en girouette. A l'inverse, ce frein annexe ne doit pas freiner la rotation de la partie tournante lorsque la grue est en service, seul le frein principal intervenant lors du travail de la grue. Le choix d'un frein à disque unique et à commande électro-magnétique constitue ici une solution particulièrement avantageuse du point de vue de la simplicité constructive, de l'encombrement et de la commande. Avantageusement, le frein annexe est conçu pour exercer un couple de freinage réglable. En particulier, s'il s'agit d'un frein à disque commandé par un électro-aimant et sollicité dans le sens du freinage par des moyens à ressort, ces derniers prennent la forme de ressorts de compression agissant axialement sur un disque d'armature, la compression des ressorts ou de certains ressorts étant réglable par vissage d'une bague de réglage. Ainsi, la solution selon la présente invention est aisément transposable d'un chantier à un autre chantier comportant aussi un risque de rotation incontrôlée de la partie tournante de la grue, car elle permet un réglage aisé du couple de freinage exercé sur cette partie tournante lorsque la grue est hors service. Le dispositif de l'invention permet même une utilisation sur un chantier sans vent perturbé, ceci sans démontage du frein annexe, si le couple de freinage du frein annexe peut être réglé à une valeur nulle, autrement dit si les ressorts peuvent être détendus à tel point qu'ils ne sollicitent plus le disque du frein. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple, une forme d'exécution de ce dispositif de mise en girouette d'une grue à tour ; Figure 1 est un schéma illustrant, en vue en plan par dessus, 10 l'action du vent sur la partie tournante d'une grue à tour; Figure 2 est une vue partielle, de côté, de la partie tournante et en particulier du mécanisme d'orientation d'une grue à tour, équipée du dispositif selon l'invention ; Figure 3 représente, très schématiquement, le dispositif de 15 l'invention et en particulier le motoréducteur équipé du frein annexe ; Figure 4 est une vue de détail, en coupe, de ce frein dans une forme de réalisation particulière. En se référant aux figures 1 et 2, la partie tournante 2 d'une grue à tour se compose d'une flèche 3 et d'une contreflèche 4, alignées de part et 20 d'autre d'une couronne d'orientation 5 d'axe vertical qui surmonte le sommet 6 du mât (non représenté lui-même) de la grue. La couronne 5 se compose elle-même de deux bagues, soit une bague fixe reliée au sommet 6 du mât, et une bague mobile reliée à la partie tournante 2, la bague fixe formant extérieurement une roue dentée 7. Un motoréducteur 8, solidaire de la partie 25 tournante 2, est accouplé à un pignon 9 d'axe vertical A, qui engrène avec la roue dentée 7 û voir aussi la figure 3. De manière connue, comme le montre la figure 3, le motoréducteur 8 comprend un moteur électrique 10, un réducteur à engrenages 11 et un frein principal interne 12, placé ici au-dessus du 30 moteur 10. Au-dessus du frein principal 12 est prévu un dispositif de girouette 13, lui-même surmonté d'un codeur 14. Le dispositif de girouette 13 permet de bloquer mécaniquement le frein principal 12 en position défreinée, lorsque la grue est hors service, afin que la partie tournante 2 puisse s'orienter dans la direction du vent. Lorsque la grue et en service, le frein principal 12 est 35 automatiquement actionné pendant que le moteur 10 n'est pas alimenté, et il constitue ainsi un frein de service. Selon l'invention, un frein annexe 15 est intercalé entre la sortie du moteur 10 et l'entrée du réducteur 11, à l'intérieur du motoréducteur 8. Le frein annexe 15 entre en action seulement: lorsque la grue est mise hors service, pour exercer un couple de freinage sur la partie tournante 2, et éviter ainsi une mise en girouette incontrôlée en cas de vent perturbé. En pratique, à la fin de sa journée de travail, le grutier met la grue en girouette en désactivant le frein principal 12 du motoréducteur 8 et en activant alors le frein annexe 15 pour lui permettre d'exercer son couple de freinage. En se référant de nouveau à la figure 1, un vent d'une certaine 10 vitesse et direction, indiqué par la flèche V, exerce sur la partie tournante 2 de la grue considérée deux couples de sens opposés, soit : - un couple Cfl appliqué par le vent sur la flèche 3, et un couple Ccf appliqué par le vent sur la contreflèche 4. De plus, un couple cle frottement Ccou est à considérer au 15 niveau de la couronne 5 d'orientation de la partie tournante 2. Le frein principal 12 doit reprendre la différence de couple entre la flèche 3 et la contreflèche 4, en tenant compte du couple de frottement, jusqu'à une vitesse de vent maximale V1 définie par les normes, par exemple une vitesse de 72 km/h. Ainsi, le couple de freinage Cfr1 pour une telle vitesse 20 de vent VI , à exercer par ce frein 12, doit satisfaire la relation : Cfr1 > Cfll û Ccf1 û Ccou dans laquelle Cfl1 et Ccf1 représentent les couples appliqués par un vent de vitesse VI respectivement à la flèche 3 et à la contreflèche 4. Quant au couple de freinage noté Cfr2, exercé par le frein 25 annexe 15 pour éviter la mise en rotation incontrôlée de la partie tournante 2 de la grue dans un vent perturbé, celui-ci est donné par la formule suivante : Cfr2 = Cfl2 û Ccf2 û Ccou dans laquelle : Cfl2 représente le couple appliqué à la flèche par un vent d'une certaine vitesse V2 inférieure à la vitesse maximale VI, Ccf2 représente le couple appliqué à la contreflèche 4 par le même vent de vitesse V2 inférieure à la vitesse maximale VI Ccou représente comme précédemment le couple de frottement de la couronne 5. 30 35 La vitesse de vent V2 est lpar exemple égale à 55 km/h (alors que, dans le cas pris ici pour exemple, la vitesse V1 est égale à 72 km/h). Pour obtenir le couple de freinage Cfr2 respectant la relation indiquée, il suffit d'utiliser un frein annexe 15 pourvu d'un ou plusieurs ressorts dont la force de détente donne la valeur de couple recherché La figure 4 illustre plus en détail la structure du frein annexe interne, et permet d'en comprendre le fonctionnement, dans le cas d'une forme d'exécution particulière où ce frein 15 est un frein à disque unique et à commande par électro-aimant. Sur la figure 4, le repère 16 désigne un arbre interne au motoréducteur 8, constituant à la fois l'arbre de sortie du moteur (non représenté û situé à droite) et l'arbre d'entrée du réducteur (non représenté - situé à gauche). L'arbre 16 traverse, librement une bride 17, et il porte un rotor 18 composé d'un moyeu central 19, calé sur cet arbre 16, et d'un disque annulaire 20 pourvu de garnitures 21 à sa périphérie, sur ses deux faces. Sur le côté tourné vers le moteur, le frein annexe 15 comporte, coaxialement à l'arbre 16, un électro-aimant 22 comprenant une bobine 23 et un corps inducteur 24 fixe, qui est assemblé au moyen de vis creuses 25 à la bride 17. Un disque d'armature 26, non tournant, est monté entre le corps inducteur 24 et le disque 20, autour du moyeu 19, le disque d'armature 26 étant traversé librement par les vis creuses 25. Des ressorts 27 et 28 sont logés dans des alésages du corps inducteur 24. Les ressorts 27, à disposition � extérieure �, sont des ressorts hélicoïdaux de compression logés dans des alésages borgnes et appuyés, par une extrémité, sur une face du disque d'armature 26. Les autres ressorts 28, à disposition � intérieure �, sont des ressorts hélicoïdaux de compression logés dans des alésages traversants et appuyés, par une extrémité, sur la même face du disque d'armature 26 que les précédents ressorts 27. Une bague de réglage 29, située du côté du moteur, possède un moyeu fileté 30 vissé dans l'ouverture centrale du corps inducteur 24, et une collerette 31 qui, par l'intermédiaire de petits pistons 32, vient presser les extrémités (opposées au disque 26) des ressorts 28. Les vis creuses 25 permettent de régler l'entrefer E séparant, en position freinée, le disque d'armature 26 du corps inducteur 24, afin que la bobine 23 puisse correctement attirer ce disque 26 et débloquer le frein 15. La bague de réglage 29 permet un ajustement du couple de freinage à la valeur souhaitée. En vissant cette bague de réglage 29 dans le corps inducteur 24, la longueur des ressorts � intérieurs � 28 est réduite, les ressorts 28 étant davantage comprimés. Par conséquent, ces ressorts 28 appliquent un effort plus important sur le disque d'armature 26, qui lui-même transmet cet effort au disque 20 du rotor 18, si bien que le couple de freinage se trouve augmenté. Lorsque la grue est mise en girouette, la bobine 23 de l'électro-aimant 22 n'est pas alimentée, si bien que le disque d'armature 26 n'est plus attiré magnétiquement vers le corps inducteur 24. Les ressorts 27 et 28 repoussent axialement le disque d'armature 26 en direction du disque 20 du rotor 19, de sorte que l'arbre 16 est freiné. Tout mouvement de rotation de la partie tournante 2 de la grue tend à être transmis, par la roue dentée 7 et le réducteur 11, à l'arbre 16 mais ce dernier est freiné par le frein annexe 15. Lorsque la grue est en service, l'électro-aimant 22 de ce frein 15 est activé et il attire le disque d'armature 26 en comprimant les ressorts 27 et 28, desserrant ainsi le disque 20 du rotor 19. Le couple d'orientation produit par le moteur 10 � traverse � alors le frein 15, par l'intermédiaire de l'arbre 16 pour se transmettre au réducteur 11. Le réglage du frein annexe 15, effectué en vissant ou dévissant plus ou moins la bague de réglage 29, permet de couvrir une large gamme de couples de freinage, par exemple entre 4 N.m et 40 N.m. Selon une possibilité avantageuse, le couple de freinage du frein annexe 15 peut être annulé, ce qui permet une utilisation du dispositif sur un chantier où il n'existe aucun risque de vent perturbé. L'ajustement du couple de freinage est aussi réalisable, en partie, par modification du nombre des ressorts agissant sur le disque d'armature 26. Comme il va de soi, et comme il résulte de ce qui précède, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce dispositif pour faciliter la mise en girouette d'une grue à tour qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. C'est ainsi, notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention : - en remplaçant le frein annexe interne à disque, et à commande par électro-aimant, par un frein d'un autre type, également capable d'exercer un couple de freinage sur la partie tournante mise en girouette ; en appliquant l'invention à un mécanisme d'orientation possédant des motoréducteurs en nombre quelconque, auquel cas le frein annexe équipe soit un seul des motoréducteurs, soit plusieurs de ces motoréducteurs.5 REVENDICATIONS1. Mécanisme d'orientation de la partie tournante (2) d'une grue à tour, avec dispositif de mise en girouette de la grue à tour, le mécanisme comprenant au moins un motoréducteur (8) d'orientation avec frein principal interne (12) désactivé lorsque la grue est mise hors service, ainsi que des moyens de freinage additionnels (15) aptes à être activés lorsque la grue est mise hors service pour exercer sur la partie tournante (2) de la grue un couple de freinage (Cfr2) évitant une rotation incontrôlée de ladite partie tournante lors de la mise en girouette, caractérisé en ce que les moyens de freinage additionnels sont incorporés dans le motoréducteur (8) ou dans l'un des motoréducteurs, sous la forme d'un frein annexe interne (15) intercalé entre le moteur (10) et le réducteur (11). 2. Mécanisme d'orientation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le frein annexe interne (15), intercalé entre le moteur (10) et le réducteur (11), est un frein à disque unique (20) commandé par un électro-aimant (22), ce frein (15) étant alimenté électriquement de manière à ne pas freiner la rotation de la partie tournante (2) de la grue lorsque la grue est en service, mais exerçant un couple de freinage par l'intermédiaire des moyens à ressort (27,28) lorsqu'il n'est pas alimenté électriquement, de manière à éviter la rotation incontrôlée de la partie tournante (2) de la grue lorsque celle-ci est mise en girouette. 3. Mécanisme d'orientation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le frein annexe (15) est conçu pour exercer un couple de 25 freinage (Cfr2) réglable. 4. Mécanisme d'orientation selon l'ensemble des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que, le frein annexe (15) étant un frein commandé par un électro-aimant (22), et sollicité dans le sens du freinage par des moyens à ressort, ces derniers prennent la forme de ressorts de compression (27, 28) 30 agissant axialement sur un disque d'armature (26), la compression des ressorts ou de certains ressorts (28) étant réglable par vissage d'une bague de réglage (29). 5. Mécanisme d'orientation selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le couple de freinage (Cfr2) du frein annexe (15) peut 35 être annulé.