Brevet FR3071489A1 — publié le 20190329

La présente invention se rapporte à un procédé de sécurisation d'une grue à flèche relevable, et en particulier d'une grue à tour flèche relevable, ainsi qu'à une grue à flèche relevable adaptée pour un tel procédé de sécurisation. Elle se rapporte plus particulièrement au domaine des grues à flèche relevable équipées d'un treuil de relevage intégrant un moteur de relevage couplé à au moins un câble de relevage pour l'entraînement de la flèche en relevage ou en affalement, telles que notamment connues des documents FR2641773 et FR2892405. L'invention s'intéresse à la sécurisation d'une grue à flèche relevable dans le cas d'un dysfonctionnement, notamment d'une défaillance au niveau du treuil de relevage, d'une condition météorologique défavorable, d'une collision ou d'une fausse manoeuvre qui conduit : - lors d'un affalement (ou abaissement) de la flèche, à avoir la flèche qui reste 15 temporairement bloquée ou qui est suffisamment ralentie dans son affalement pour que le câble de relevage se détende jusqu'à générer un risque de rattrapage plus ou moins soudain du mou de câble ; - lors d'un relevage de la flèche, à avoir la flèche qui est accélérée dans son relevage (en particulier sous l'impulsion d'un vent qui pousse la flèche vers le 20 haut) pour que le câble de relevage se détende jusqu'à générer également un risque de rattrapage plus ou moins soudain du mou de câble. Suivant la violence de ce rattrapage, la flèche peut potentiellement basculer avec assez de force pour endommager la grue, voire conduire à la rupture du câble de relevage. Autrement dit, de tels déplacements intempestifs 25 constituent des mouvements dangereux de la flèche, sources d'à-coups dynamiques ou de ruptures brusques dans le mouvement de la flèche en relevage ou en affalement. Actuellement, seule une intervention manuelle du conducteur de la grue peut arrêter le mouvement de la flèche et ainsi éviter la prise de mou dans 30 le câble de relevage, ce qui demande une attention continue de la part du conducteur lors de la conduite de la grue à tour dans ses phases de relevage et d'affalement. L'invention se propose d'apporter une solution pour la sécurisation d'une grue à flèche qui soit automatisée et qui garantisse un arrêt du 35 mouvement de relevage ou d'affalement lorsque la vitesse réelle de la flèche s'écarte de la vitesse souhaitée par le conducteur. 2 A cet effet, elle propose un procédé de sécurisation d'une grue à flèche relevable, comprenant les étapes suivantes : - acquisition d'une consigne de relevage/affalement de la flèche au moyen d'un manipulateur de commande de vitesse de relevage ; 5 - pilotage d'un moteur de relevage d'un treuil de relevage par un variateur qui applique audit moteur de relevage une vitesse de commande moteur en fonction de la consigne de relevage/affalement ; - entraînement de la flèche en relevage ou en affalement par au moins un câble de relevage du treuil de relevage sous l'action du moteur de relevage 10 appliquant la vitesse de commande moteur issue du variateur ; - acquisition par un système de contrôle/commande de la vitesse de commande moteur ou de la consigne de relevage/affalement ; - calcul par le système de contrôle/commande d'une vitesse angulaire théorique de relevage/affalement de la flèche à partir de la vitesse de 15 commande moteur ou de la consigne de relevage/affalement ; - acquisition par le système de contrôle/commande d'un angle de flèche mesuré par un capteur d'angle ; - calcul par le système de contrôle/commande d'une vitesse angulaire réelle de relevage/affalement de la flèche à partir de l'angle de flèche mesuré ; 20 - comparaison par le système de contrôle/commande entre la vitesse angulaire réelle de relevage/affalement de la flèche et la vitesse angulaire théorique de relevage/affalement de la flèche ; - commande d'arrêt du moteur de relevage par le système de contrôle/commande en fonction du résultat de la comparaison entre la vitesse 25 angulaire réelle de relevage/affalement de la flèche et la vitesse angulaire théorique de relevage/affalement de la flèche. Ainsi, ce procédé de sécurisation permet de détecter automatiquement : - la cohérence de la vitesse angulaire réelle de relevage/affalement de la 30 flèche par rapport à la vitesse angulaire théorique de relevage/affalement de la flèche qui correspond à la vitesse souhaitée par le conducteur qui agit sur le manipulateur de commande de vitesse de relevage ; et - toute incohérence entre la vitesse angulaire réelle de relevage/affalement de la flèche et la vitesse angulaire théorique de relevage/affalement, afin de se 35 prémunir de tous les déplacements de la flèche non désirés et susceptibles de conduire à des conséquences néfastes pour la grue. 3 Ce procédé permet donc de surveiller que la flèche reste bien immobile lorsque le conducteur n'ordonne pas de mouvement de relevage ou d'affalement, au moyen d'un contrôle automatique de cohérence entre la commande souhaitée par le conducteur et le mouvement réel de la flèche, ce 5 qui permet de s'affranchir de la réaction de conducteur. La détection d'un risque de rupture ou d'à-coup dans le mouvement de la flèche est donc plus systématique et plus sécuritaire. Il permet également de détecter les déplacements non désirés de la flèche qui peuvent avoir plusieurs origines comme par exemple une 10 défaillance d'un accouplement ou d'un réducteur de vitesse sur le treuil de relevage, une collision de la flèche occasionnant un ralentissement ou un arrêt en cours de mouvement, un blocage du câble de relevage de la flèche, un blocage de poulies situées sur le chemin du câble de relevage et qui empêcherait de dévider trop de câble de relevage, autrement dit toute perturbation (interne ou externe) qui interviendrait dans la chaine cinématique, sur la ligne du câble de relevage ou qui agirait directement sur le mouvement de la flèche. De manière plus large, ce procédé permet de répondre à une exigence essentielle de sécurité qui est d'imposer un arrêt du moteur de 20 relevage, et donc un arrêt du mouvement de relevage ou d'affalement, lorsque la vitesse réelle de la flèche s'écarte de la vitesse souhaitée par le conducteur d'un écart prédéfini, comme par un exemple un écartement de l'ordre de 10%. Avec un tel procédé, en comparant la vitesse souhaitée par le conducteur (à savoir la vitesse angulaire théorique de relevage/affalement de 25 la flèche) et la vitesse réelle appliquée à la flèche (à savoir la vitesse angulaire réelle de relevage/affalement de la flèche), il est ainsi mis en oeuvre une vérification de l'ensemble contrôle/commande, variateur et chaîne cinématique qui va au-delà d'une simple surveillance sur le treuil de relevage. Selon une caractéristique, le système de contrôle/commande émet 30 une commande d'arrêt du moteur de relevage lorsque la différence entre la vitesse angulaire réelle de relevage/affalement de la flèche et la vitesse angulaire théorique de relevage/affalement de la flèche est supérieure à un seuil prédéfini. Un tel seuil peut être adapté pour répondre par exemple à une 35 norme ou à une directive en matière de sécurité dans le domaine des grues à flèche relevable. 4 Selon une autre caractéristique, le système de contrôle/commande émet une commande d'arrêt du moteur de relevage lorsque la différence entre la vitesse angulaire réelle de relevage/affalement de la flèche et la vitesse angulaire théorique de relevage/affalement de la flèche est supérieure à un 5 seuil prédéfini pendant un intervalle de temps prédéfini. Dans une réalisation particulière, le système de contrôle/commande calcule la vitesse angulaire théorique de relevage/affalement de la flèche à partir, d'une part, de la vitesse de commande moteur ou de la consigne de relevage/affalement et, d'autre part, 10 d'un modèle cinématique de relevage/affalement de la flèche. Selon une possibilité de l'invention, le modèle cinématique de relevage/affalement de la flèche est préétabli en fonction de la structure et des dimensions de la flèche et du treuil de relevage. Ainsi, le procédé peut être mis en oeuvre pour différentes grues, et 15 notamment pour différentes tailles de grue ou différents mécanismes dans le treuil de relevage ou différents mécanismes de renvoi dans le câble de relevage, en adaptant le modèle cinématique à chacune des grues. Selon une autre possibilité de l'invention, le procédé est mis en oeuvre dans une grue à tour à flèche relevable. L'invention se rapporte également à une grue à flèche relevable comprenant : - un manipulateur de commande de vitesse de relevage permettant l'acquisition d'une consigne de relevage/affalement de la flèche ; - un treuil de relevage intégrant un moteur de relevage et au moins un câble 25 de relevage pour l'entraînement de la flèche en relevage ou en affalement ; - un variateur pilotant le moteur de relevage en appliquant audit moteur de relevage une vitesse de commande moteur en fonction de la consigne de relevage/affalement issue du manipulateur de commande de vitesse de relevage ; 30 - un capteur d'angle permettant une mesure d'un angle de flèche ; - un système de contrôle/commande conformé pour : - acquérir l'angle de flèche mesuré par le capteur d'angle ; - calculer une vitesse angulaire réelle de relevage/affalement de la flèche à partir de l'angle de flèche mesuré ; 35 - acquérir la vitesse de commande moteur ou la consigne de relevage/affalement ; 5 - calculer une vitesse angulaire théorique de relevage/affalement de la flèche à partir de la vitesse de commande moteur ou de la consigne de relevage/affalement ; - comparer la vitesse angulaire réelle de relevage/affalement de la 5 flèche et la vitesse angulaire théorique de relevage/affalement de la flèche ; - commander l'arrêt du moteur de relevage en fonction du résultat de la comparaison entre la vitesse angulaire réelle de relevage/affalement de la flèche et la vitesse angulaire théorique 10 de relevage/affalement de la flèche. Une telle grue est ainsi conformée et conçue pour la mise en oeuvre du procédé de sécurisation tel que décrit précédemment, avec tous les avantages déjà évoqués. Selon une possibilité, la grue est une grue à tour à flèche relevable. 15 L'invention peut aussi être envisagée avec des grues à flèche relevable autres que les grues à tour à flèche relevable, notamment avec des grues à flèche relevable mobiles sur roues ou sur chenilles ou des grues à flèche relevable sur un navire maritime. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention 20 apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, d'un exemple de mise en oeuvre non limitatif, faite en référence aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 est une vue d'ensemble latérale d'un exemple de grue à flèche relevable adaptée pour la mise en oeuvre de l'invention, avec indication de deux positions de la flèche relevable ; - la figure 2 est une vue schématique d'une grue à flèche relevable selon l'invention ; - la figure 3 est une vue schématique des principaux éléments nécessaires à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; et - la figure 4 est une vue schématique des calculs mis en oeuvre par le système de contrôle/commande lors du procédé de sécurisation. La grue a flèche relevable 1, représentée sur la figure 1, est ici une grue à tour qui comprend un mât 2 vertical ancré ou mobile sur le sol, surmontée, par l'intermédiaire d'un dispositif d'orientation, d'une partie 35 tournante 3 comprenant principalement un pivot tournant 30, un porte-flèche 6 31, une plateforme 32 (ou contre-flèche) sur laquelle est monté un contrepoids 33, et une flèche 34 relevable. Le pivot tournant 30 est orientable autour de l'axe vertical du mat 2 et il supporte une cabine de conduite (non illustrée sur la figure 1 et visible 5 schématiquement sur la figure 2 sous la référence 20) de la grue 1. Le porte-flèche 31, aussi désigné comme "poinçon", est solidaire du pivot tournant 30 et s'étend à partir de ce dernier vers le haut et en oblique avec une inclinaison vers l'arrière. La plateforme 32 s'étend sensiblement horizontalement vers 10 l'arrière, à partir du pivot tournant 30, et elle porte notamment un treuil de relevage 4 décrit ultérieurement, ainsi que le contrepoids 33 ; ce contrepoids 33 pouvant être monté roulant sous la plateforme 32. Cette plateforme 32 est suspendue au porte-flèche 31, dans sa partie arrière, au moyen de tirants de liaison 35. 15 Sur la plateforme 32 sont supportés divers équipements qui comprennent, en particulier, le treuil de relevage 4 pour le relevage/affalement de la flèche 34 et un treuil de levage 5 pour le levage des charges suspendues sur la flèche 34. La flèche 34 relevable est formée par une structure en treillis, par 20 exemple de section triangulaire, et elle présente une extrémité arrière articulée, autour d'un axe horizontal, sur le pivot tournant 30. Le treuil de levage 5 possède un tambour sur lequel est enroulé un câble de levage 50, lequel passe sur des poulies disposées sur le porte-flèche 31, puis est dirigé vers la pointe de la flèche relevable 34 et s'étend jusqu'a un 25 crochet de levage 51, avec ou sans mouflage, les charges à lever étant suspendues au crochet 51 lors de l'utilisation de la grue 1. En référence aux figures 1 et 2, le treuil de relevage 4 comprend un moteur de relevage 40 qui entraîne en rotation, dans les deux sens et via un réducteur 41, un tambour de relevage 42, autour duquel est enroulé un câble 30 de relevage 43 qui passe sur des poulies 44 disposées au sommet du porte-flèche 31, et qui passe aussi sur les poulies d'une moufle de relevage 45, située en avant du porte-flèche 31. La moufle de relevage 45 est quant à elle reliée, par une ligne de tirants 46, a la partie avant ou "pointe" de la flèche relevable 34. En référence à la figure 2, la grue 1 comprend un manipulateur de commande 6 de vitesse de relevage permettant l'acquisition d'une consigne de 7 relevage/affalement CO de la flèche 34. Ce manipulateur de commande 6 est placé dans la cabine de conduite 20 et permet au conducteur de grue de commander manuellement la vitesse de relevage/affalement de la flèche 34, son action sur le manipulateur de commande 6 se traduisant par une 5 consigne de relevage/affalement CO. La grue 1 comprend également un variateur 7, de type variateur de fréquence, qui pilote le moteur de relevage 40 en appliquant au moteur de relevage 40 une vitesse de commande moteur VCM en fonction de la consigne de relevage/affalement CO issue du manipulateur de commande 6 de vitesse 10 de relevage. La grue 1 comprend aussi un capteur d'angle 8 permettant une mesure d'un angle de flèche AN, ou angle de la flèche 34, par rapport à un axe de référence 80, cet axe de référence 80 pouvant par exemple être l'axe horizontal comme schématisé sur la figure 2. 15 La grue 1 comprend en outre un système de contrôle/commande 9 relié au capteur d'angle 8, au manipulateur de commande 6 et au variateur 7, où ce système de contrôle/commande 9 peut être du type carte électronique, contrôleur, processeur, terminal informatique ou une combinaison de ces unités. 20 Le système de contrôle/commande 9 est conformé pour : - acquérir l'angle de flèche AN mesuré par le capteur d'angle 8 ; - calculer une vitesse angulaire réelle de relevage/affalement VRE de la flèche 34 à partir de l'angle de flèche AN mesuré ; - acquérir la vitesse de commande moteur VCM ou la consigne de 25 relevage/affalement CO ; - calculer une vitesse angulaire théorique de relevage/affalement VTH de la flèche 34 à partir, d'une part, de la vitesse de commande moteur VCM ou de la consigne de relevage/affalement CO et, d'autre part, d'un modèle cinématique MOD de relevage/affalement de la flèche 34 ; 30 - comparer la vitesse angulaire réelle de relevage/affalement VRE de la flèche 34 et la vitesse angulaire théorique de relevage/affalement VTH de la flèche 34 - commander l'arrêt du moteur de relevage 40 en fonction du résultat de la comparaison entre la vitesse angulaire réelle de relevage/affalement VRE de la 35 flèche 34 et la vitesse angulaire théorique de relevage/affalement VTH de la flèche 34. 8 Plus précisément, le système de contrôle/commande 9 émet une commande d'arrêt COM du moteur de relevage 40 lorsque la différence DIF entre la vitesse angulaire réelle de relevage/affalement VRE de la flèche 34 et la vitesse angulaire théorique de relevage/affalement VTH de la flèche 34 est 5 supérieure à un seuil SEU prédéfini pendant un intervalle de temps INT prédéfini. Le modèle cinématique MOD de relevage/affalement de la flèche est préétabli en fonction de la structure et des dimensions de la flèche 34 et du treuil de relevage 4. 10 En référence aux figures 2 à 4, le procédé de sécurisation selon l'invention met donc en oeuvre les étapes suivantes : - acquisition de la consigne de relevage/affalement CO de la flèche au moyen d'un manipulateur de commande de vitesse de relevage ; - réception par le variateur 7 de la consigne de relevage/affalement CO ; 15 - pilotage par le variateur 7 du moteur de relevage 40 en appliquant au moteur de relevage 40 une vitesse de commande moteur VCM en fonction de la consigne de relevage/affalement CO ; - entraînement de la flèche 34 en relevage ou en affalement par le câble de relevage 43 sous l'action du moteur de relevage 40, via le réducteur 41, en 20 appliquant la vitesse de commande moteur VCM issue du variateur 7 ; - acquisition par le système de contrôle/commande 9 de la vitesse de commande moteur VCM ou de la consigne de relevage/affalement CO ; - calcul par le système de contrôle/commande 9 de la vitesse angulaire théorique de relevage/affalement VTH de la flèche 34 à partir, d'une part, de la 25 vitesse de commande moteur VCM ou de la consigne de relevage/affalement CO et, d'autre part, du modèle cinématique MOD de relevage/affalement de la flèche 34 ; - acquisition par le système de contrôle/commande 9 de l'angle de flèche AN mesuré par le capteur d'angle 8 ; 30 - calcul par le système de contrôle/commande 9 d'une vitesse angulaire réelle de relevage/affalement VRE de la flèche 34 à partir de l'angle de flèche AN mesuré ; - comparaison par le système de contrôle/commande 9 entre la vitesse angulaire réelle de relevage/affalement VRE de la flèche 34 et la vitesse 35 angulaire théorique de relevage/affalement VTH de la flèche 34, en comparant 9 pour rappel leur différence DIF avec le seuil SEU prédéfini sur un intervalle de temps INT prédéfini ; - envoi d'une commande d'arrêt COM du moteur de relevage 40 par le système de contrôle/commande 9 en fonction du résultat de la comparaison 5 entre la vitesse angulaire réelle de relevage/affalement VRE de la flèche 34 et la vitesse angulaire théorique de relevage/affalement VTH de la flèche 34, cette commande d'arrêt COM pouvant être adressée au variateur 7 qui pilote le moteur de relevage 40 ou bien directement au moteur de relevage 40. Bien entendu, l'invention ne se limite pas à la seule forme de 10 réalisation de cette grue 1 à flèche 34 relevable qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple et elle embrasse, au contraire, toutes les variantes de construction et d'application respectant le même principe. En particulier, l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention : - en modifiant ou en complétant le treuil de relevage ; 15 - en modifiant le chemin du câble de relevage ; - en modifiant l'ordre de certaines étapes du procédé de sécurisation ; - en destinant le même procédé de sécurisation à des appareils de levage autres que les grues à tour à flèche relevable, REVENDICATIONS1. Procédé de sécurisation d'une grue (1) à flèche (34) relevable, comprenant les étapes suivantes : - acquisition d'une consigne de relevage/affalement (CO) de la flèche (34) au moyen d'un manipulateur de commande (6) de vitesse de relevage ; - pilotage d'un moteur de relevage (40) d'un treuil de relevage (4) par un variateur (7) qui applique audit moteur de relevage (40) une vitesse de commande moteur (VCM) en fonction de la consigne de relevage/affalement (CO) , - entraînement de la flèche (34) en relevage ou en affalement par au moins un câble de relevage (43) du treuil de relevage (4) sous l'action du moteur de relevage (40) appliquant la vitesse de commande moteur (VCM) issue du variateur (7) ; - acquisition par un système de contrôle/commande (9) de la vitesse de commande moteur (VCM) ou de la consigne de relevage/affalement (CO) ; - calcul par le système de contrôle/commande (9) d'une vitesse angulaire théorique de relevage/affalement (VTH) de la flèche (34) à partir de la vitesse de commande moteur (VCM) ou de la consigne de relevage/affalement (CO) ; - acquisition par le système de contrôle/commande (9) d'un angle de flèche (AN) mesuré par un capteur d'angle (8) ; - calcul par le système de contrôle/commande (9) d'une vitesse angulaire réelle de relevage/affalement (VRE) de la flèche (34) à partir de l'angle de flèche (AN) mesuré ; - comparaison par le système de contrôle/commande (9) entre la vitesse angulaire réelle de relevage/affalement (VRE) de la flèche (34) et la vitesse angulaire théorique de relevage/affalement (VTH) de la flèche (34) ; - commande d'arrêt (COM) du moteur de relevage (40) par le système de contrôle/commande (9) en fonction du résultat de la comparaison entre la vitesse angulaire réelle de relevage/affalement (VRE) de la flèche (34) et la vitesse angulaire théorique de relevage/affalement (VTH) de la flèche (34). 2. Procédé de sécurisation selon la revendication 1, dans lequel le système de contrôle/commande (9) émet la commande d'arrêt (COM) du moteur de relevage (40) lorsque la différence entre la vitesse angulaire 11 réelle de relevage/affalement (VRE) de la flèche (34) et la vitesse angulaire théorique de relevage/affalement (VTH) de la flèche (34) est supérieure à un seuil (SEU) prédéfini. 5 3. Procédé de sécurisation selon la revendication 2, dans lequel le système de contrôle/commande (9) émet la commande d'arrêt (COM) du moteur de relevage (40) lorsque la différence entre la vitesse angulaire réelle de relevage/affalement (VRE) de la flèche (34) et la vitesse angulaire théorique de relevage/affalement (VTH) de la flèche (34) est supérieure à un 10 seuil (SEU) prédéfini pendant un intervalle de temps (INT) prédéfini. 4. Procédé de sécurisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le système de contrôle/commande (9) calcule la vitesse angulaire théorique de relevage/affalement (VTH) de la flèche (34) à partir, 15 d'une part, de la vitesse de commande moteur (VCM) ou de la consigne de relevage/affalement (CO) et, d'autre part, d'un modèle cinématique (MOD) de relevage/affalement de la flèche (34). 5. Procédé de sécurisation selon la revendication 4, dans lequel le 20 modèle cinématique (MOD) de relevage/affalement de la flèche (34) est préétabli en fonction de la structure et des dimensions de la flèche (34) et du treuil de relevage (4). 6. Procédé de sécurisation selon l'une quelconque des revendications 1 25 à 5, dans lequel le procédé est mis en oeuvre dans une grue (1) à tour à flèche (34) relevable. 7. Grue (1) à flèche (34) relevable comprenant : - un manipulateur de commande (6) de vitesse de relevage permettant 30 l'acquisition d'une consigne de relevage/affalement (CO) de la flèche (34) ; - un treuil de relevage (4) intégrant un moteur de relevage (40) et au moins un câble de relevage (43) pour l'entraînement de la flèche (34) en relevage ou en affalement ; - un variateur (7) pilotant le moteur de relevage (40) en appliquant audit 35 moteur de relevage (40) une vitesse de commande moteur (VCM) en 12 fonction de la consigne de relevage/affalement (CO) issue du manipulateur de commande (6) de vitesse de relevage ; - un capteur d'angle (8) permettant une mesure d'un angle de flèche (AN) ; - un système de contrôle/commande (9) conformé pour : 5 - acquérir l'angle de flèche (AN) mesuré par le capteur d'angle (8) ; - calculer une vitesse angulaire réelle de relevage/affalement (VRE) de la flèche (34) à partir de l'angle de flèche (AN) mesuré ; - acquérir la vitesse de commande moteur (VCM) ou la consigne de relevage/affalement (CO) ; 10 - calculer une vitesse angulaire théorique de relevage/affalement (VTH) de la flèche (34) à partir de la vitesse de commande moteur (VCM) ou de la consigne de relevage/affalement (CO) ; - comparer la vitesse angulaire réelle de relevage/affalement (VRE) de la flèche (34) et la vitesse angulaire théorique de 15 relevage/affalement (VTH) de la flèche (34) ; - commander l'arrêt du moteur de relevage (40) en fonction du résultat de la comparaison entre la vitesse angulaire réelle de relevage/affalement (VRE) de la flèche (34) et la vitesse angulaire théorique de relevage/affalement (VTH) de la flèche (34). 20 8. Grue (1) à flèche (34) relevable selon la revendication 7, dans laquelle la grue est une grue à tour à flèche relevable.