EP1911717B1

EP1911717B1 - Indicateur de position de flèche pour grue

Info

Publication number: EP1911717B1
Application number: EP20070356125
Authority: EP
Inventors: Cédric Juraszek
Original assignee: Manitowoc Crane Group France SAS
Current assignee: Manitowoc Crane Group France SAS
Priority date: 2006-10-12
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2027-09-21
Also published as: DE602007013158D1; EP1911717A3; FR2907109B1; EP1911717A2; FR2907109A1; ES2362802T3

Description

La présente invention se rapporte de façon générale au domaine technique des grues. Cette invention concerne, plus particulièrement, un dispositif indicateur de la position dans l'espace, c'est-à-dire de l'orientation, de la flèche d'une grue à tour ou d'une grue à flèche relevable.
Une grue à tour prise ici comme exemple possède, de façon généralement connue, une flèche distributrice qui, grâce à un mécanisme motorisé de rotation, est orientable autour d'un axe vertical, de telle sorte que cette flèche pivote dans un plan horizontal. La flèche peut ainsi être montée pivotante au sommet d'un mât fixe de grue, auquel cas le mécanisme de rotation se situe au sommet du mât. Dans d'autres réalisations de grue, la flèche est solidaire en rotation du mât, le mécanisme de rotation se situant dans ce cas à la base du mât de la grue.
Pour éviter que, sur un chantier, la flèche d'une grue vienne en contact accidentellement avec un obstacle fixe ou mobile, par exemple avec une autre grue relativement proche, on utilise déjà des systèmes de sécurité dits anti-collision, tels que par exemple le système de détection d'interférences de grues décrit dans le brevet français FR 2458504 . Un tel système de sécurité vise à obtenir l'arrêt de la rotation de la flèche de la grue, avant que celle-ci rencontre un obstacle. A cet effet, il est nécessaire de déterminer à tout instant la position de la partie tournante de la grue dans l'espace, et pour cela la grue doit être équipée d'un dispositif indicateur spécifique capable de détecter l'angle instantané d'orientation de la flèche.
Dans la pratique, la mesure de l'angle de rotation de la flèche d'une grue est réalisée au moyen d'un capteur angulaire qui peut être un potentiomètre ou un codeur ou tout autre capteur équivalent, de type analogique ou numérique. Un tel capteur angulaire est entraîné en rotation par l'intermédiaire d'un pignon, lequel engrène avec une couronne dentée qui appartient au mécanisme de rotation qui équipe la grue.
Un tel exemple de capteur est montré dans le document US 3,760,401 .
Ainsi, lors de la mise en rotation de la flèche par le mécanisme motorisé précité, le capteur angulaire tel que potentiomètre est lui-même entraîné en rotation, par un arbre tournant à une vitesse angulaire multiple de celle de la flèche dans le rapport de réduction R du jeu d'engrenages couronne/pignon, soit R = D/d si D désigne le nombre de dents de la couronne, et d le nombre de dents du pignon (il s'agit ici plus particulièrement d'un rapport multiplicateur, le pignon tournant plus vite que la flèche elle-même).
Pour pouvoir ensuite exploiter convenablement la rotation du capteur tel que potentiomètre, l'on utilise actuellement l'une ou l'autre des deux solutions suivantes :

Une première solution, purement mécanique, consiste à insérer pour l'entraînement en rotation du capteur un jeu d'engrenages supplémentaire, de rapport inverse au rapport R = D/d (rapport couronne/pignon) précédemment mentionné. Ainsi, le capteur angulaire tourne en synchronisme parfait avec la flèche de la grue, c'est-à-dire que le capteur décrit lui-même exactement un tour complet, pour un tour complet de la flèche. Dans ce cas, toutefois, le système est spécifique à chaque couple pignon/couronne et, même si ce système n'introduit aucune erreur de mesure grâce au parfait synchronisme de rotation entre le capteur et la flèche, un tel système n'est certainement pas universel compte tenu de la variété existante de couronnes et de pignons.
Une deuxième solution, autorisant une certaine variété d'utilisations, consiste à prédéfinir un certain nombre de couples standardisés couronne/pignon, à chaque couple correspondant un rapport R = D/d qui peut être un nombre quelconque. Le capteur angulaire tel que potentiomètre, dont la rotation est liée à celle de la flèche, totalise ainsi un nombre de tours (Nc) de ce capteur lui-même. Un calculateur intégré, connaissant le rapport R du jeu d'engrenages (R = D/d soit : nombre de dents de la couronne / nombre de dents du pignon), en déduit le nombre de tours (Ng) effectué par la flèche de la grue, par la formule de calcul : $Ng = Nc / R$

Cependant, dans la mesure où le rapport R est quelconque, il peut s'agir pour lui-même comme pour son inverse 1/R d'un nombre décimal possédant un nombre de décimales infini. Dans ce cas, il faut tronquer donc arrondir ce nombre, c'est-à-dire ne conserver qu'un nombre limité de décimales, pour l'enregistrer et le traiter dans le calculateur. Ceci entraîne une erreur systématique dans la détermination, à partir du nombre de tours du capteur, du nombre de tours effectués par la flèche, donc dans la détermination de la position de la flèche elle-même, et comme on le comprend aisément cette erreur ne pourra qu'augmenter avec le nombre de tours effectués dans un même sens par la flèche.

Une telle erreur systématique conduit à une indication imprécise de l'orientation de la flèche, avec une dérive plus ou moins importante par rapport à la position réelle de flèche, et elle peut avoir des conséquences néfastes sur la commande de la grue et sur la sécurité.
A titre d'exemple, se référant à une notice POTAIN TOP TRACING du Demandeur, édition du 12.03.02, référence 92M-0150-012-0, pages 18 et 19, indiquant le choix et le montage des pignons du capteur d'orientation en fonction du type de couronne, on constate :

pour une couronne de 94 dents et un pignon de 12 dents :
- un écart angulaire de 0,357 degré par tour de la flèche ;
pour une couronne de 111 dents et un pignon de 12 dents :
- un écart angulaire de 0,566 degré par tour de la flèche.

Ainsi, l'erreur n'est nullement négligeable et elle peut même s'élever à plusieurs degrés, après un faible nombre de tours de la flèche de la grue.
L'invention vise à éviter cet inconvénient et elle a donc pour but de supprimer l'erreur systématique due au rapport de réduction, pour obtenir dans tous les cas une indication directe et exacte de la position de la flèche, quel que soit le nombre de tours effectué par cette flèche, et surtout quel que soit le nombre de dents de la couronne. En d'autres termes, l'objectif de l'invention est d'obtenir un indicateur de position qui fournit une indication de rotation identique à la rotation réelle de la flèche, toutefois sans recourir à l'artifice mécanique exposé ci-dessus (sous la désignation « première solution »).
Cet objectif est atteint par un indicateur de position présentant toutes les caractéristiques, en combinaison, selon la revendication 1.
A cet effet, il est proposé un indicateur de la position dans l'espace, c'est-à-dire de l'orientation, de la flèche d'une grue, notamment d'une à tour ou d'une grue à flèche relevable, l'indicateur étant associé à un mécanisme de rotation de la grue et comprenant un capteur angulaire entraîné en rotation par l'intermédiaire d'un pignon ayant des dents en nombre déterminé (d), lequel pignon engrène avec une couronne dentée ayant des dents en nombre déterminé (D) et appartenant au mécanisme de rotation de la grue, de telle sorte que la rotation du capteur angulaire soit représentative de la rotation de la flèche de la grue, l'indicateur comprenant aussi un calculateur qui, à partir du nombre de tours mesuré par le capteur angulaire, détermine le nombre de tours effectués par la flèche, cet indicateur de position étant essentiellement caractérisé par le fait que le pignon précité possède des dents dont le nombre (d) est égal à une puissance de deux (2ⁿ), de telle sorte que le rapport de réduction (R), défini comme le quotient du nombre de dents (D) de la couronne par le nombre de dents (d) du pignon, soit un nombre décimal possédant un nombre fini de décimales, quel que soit le nombre de dents (D) de la couronne, ce nombre décimal (R) étant introduit à sa valeur exacte dans le calculateur, pour la détermination par ce dernier du nombre de tours effectués par la flèche de la grue à partir du nombre de tours mesuré par le capteur angulaire.
Ainsi, quel que soit le nombre de dents de la couronne, le choix pour le pignon d'un nombre de dents qui soit une puissance de deux (2ⁿ), permet d'obtenir un rapport de réduction qui soit un nombre avec des décimales en nombre fini, relativement faible, et ce rapport peut donc être introduit, sans être tronqué, dans la mémoire du calculateur de traitement. En conséquence, la division du nombre de tours mesuré du capteur par le rapport de réduction fournit la valeur de rotation exacte de la flèche de la grue. Plus exactement dit, un nombre précisément déterminé (et non approximativement évalué) de tours du capteur correspond ici à un tour complet de la flèche de la grue. La "mise à l'échelle" de l'information fournie par le capteur est ainsi réalisée sans erreur.
En tant que pignon possédant un nombre de dents égal à une puissance de deux (2ⁿ), on peut théoriquement envisager un pignon à 2, 4, 8, 16, 32,... dents. Pour des raisons pratiques de qualité d'engrènement entre le pignon et la couronne, et aussi d'encombrement du dispositif, le nombre de dents du pignon sera, de préférence, choisi égal à seize.
Pour le capteur angulaire, associé au pignon, il s'agit avantageusement d'un codeur absolu multitours, auquel cas la partie calculateur est de préférence intégrée audit codeur, le codeur fournissant ainsi un signal qui représente directement la position angulaire de la flèche.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit et des exemples fournis plus bas, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple, une forme d'exécution de cet indicateur de position de flèche pour grue :

Figure 1 est une vue partielle, en perspective, d'une grue à tour équipée d'un indicateur de position de flèche conforme à la présente invention ;
Figure 2 est un diagramme simplifié illustrant le fonctionnement de cet indicateur de position.

La figure 1 est une vue très partielle et simplifiée d'une grue à tour (prise ici comme exemple d'application), montrant la région de son mécanisme de rotation avec un pivot fixe 2 par exemple solidaire du sommet du mât de la grue, et un pivot mobile 3 solidaire de la flèche de cette grue, la flèche étant ainsi rendue orientable. Le mécanisme de rotation comprend une couronne dentée 4, fixée par des vis 5 sur le pivot fixe 2, et des moyens motorisés (non représentés) qui sont portés par le pivot mobile 3 et qui, en coopérant avec la couronne dentée 4, commandent la rotation de la flèche, ceci d'une manière connue en soi. La couronne 4 possède des dents d'engrenage 6 en nombre relativement élevé, de l'ordre de la centaine, le nombre des dents 6 de la couronne 4 étant désigné par D.
L'indicateur de position de la flèche est désigné globalement par la référence 7. Il comprend un capteur angulaire ou capteur de rotation 8 tel qu'un codeur absolu multitours, qui est tenu par un support 9 fixé sur le pivot mobile 3 et qui est placé ainsi sur le côté de la couronne dentée 4. La partie interne tournante du capteur angulaire 8 est solidaire en rotation d'un pignon 10 d'axe vertical A, qui engrène avec la couronne dentée 4. Le pignon 10 possède des dents 11 dont le nombre est égal à une puissance de deux (2ⁿ), ce nombre étant égal plus particulièrement à seize (soit deux puissance quatre).
L'indicateur de position 7 de la flèche comprend encore un calculateur, symbolisé par un bloc 12, qui reçoit et traite le signal issu du capteur angulaire 8, et qui à cet effet mémorise le rapport de réduction R de l'engrenage constitué par la couronne dentée 4 et par le pignon 10, ce rapport valant : R = D/d.
Compte tenu du choix du nombre de dents d du pignon 10, égal à 2ⁿ et notamment à 2⁴ = 16, et quel que soit le nombre de dents D de la couronne 4, le rapport de réduction R est un nombre qui possède toujours un nombre limité de décimales.
Par exemple, pour une grue possédant une couronne 4 de 113 dents, si l'on utilisait un pignon 10 de treize dents, le rapport R serait de : $113 / 13 = 8, 692307692.$
Par contre, en choisissant selon l'invention un pignon 10 de seize dents, le rapport R devient : $113 / 16 = 7, 0625$

avec un nombre de décimales fini, à savoir quatre décimales dans cet exemple. Ce rapport R peut ainsi être introduit exactement dans le calculateur 12 associé au capteur 8.
A titre d'autre exemple, correspondant à un autre type de grue, la couronne possède 163 dents et dans ce cas, le pignon 10 ayant toujours seize dents, le rapport R devient : $163 / 16 = 10, 1875$
Considérant toujours ce dernier exemple, le résultat indiqué signifie que, tous les 10,1875 tours du capteur 8, la flèche de la grue aura exactement effectué un tour complet. Comme l'illustre le diagramme de la figure 2, pour convertir le nombre de tours du capteur 8 en un nombre de tours de la flèche, dans le cas où le capteur est un codeur absolu multitours, la fonction de "mise à l'échelle" de l'information est avantageusement intégrée à ce capteur :

Un tour complet de la flèche, c'est-à-dire une variation continue de son angle d'orientation de 0° à 360°, est mesurée par R tours du capteur, R étant le rapport du nombre D des dents de la couronne 4 au nombre d des dents (dans l'exemple considéré : seize dents) du pignon 10.
Un traitement, réalisé à l'intérieur même du capteur 8 fournit un signal S qui représente directement la position angulaire de la flèche, tel qu'un signal électrique analogique croissant linéairement en fonction de cet angle, par exemple entre une valeur initiale de 4 mA pour un angle de 0° et une valeur finale de 20 mA pour un angle de 360°. Dans le cas d'une rotation de la flèche sur plus d'un tour dans le même sens, le signal revient à sa valeur initiale exactement après chaque tour complet (360°), sans décalage, ceci quel que soit le nombre de tours consécutivement décrits par la flèche.

On comprend donc que le calculateur 12, représenté séparé du capteur 8 pour les besoins de l'explication, peut en quelque sorte être intégré à ce capteur 8, lui permettant ainsi de délivrer un signal de position P qui est directement l'image de l'angle de la flèche.
L'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention, telle que définie dans les revendications annexées :

par définition même de cette invention, en utilisant une couronne dentée avec un nombre de dents quelconque, du moment que le nombre de dents du pignon est une puissance de deux ;
en réalisant le capteur angulaire sous toute forme appropriée, analogique ou numérique, tel que potentiomètre ou codeur de tout type, le calculateur de traitement étant intégré à ce capteur ou extérieur à celui-ci ;
en destinant le même indicateur de position à des grues à tour de tout type, ou encore à des grues à flèche relevable, qui peuvent dans l'un ou l'autre cas être soit des grues avec une flèche montée tournante au sommet d'un mât fixe, soit des grues avec une partie tournante plus importante, incluant non seulement la flèche mais aussi tout ou partie du mât de la grue, auquel cas l'indicateur sera installé au niveau du mécanisme de rotation de cette partie tournante.

Claims

Indicateur de la position dans l'espace, c'est-à-dire de l'orientation, de la flèche d'une grue, notamment d'une grue à tour ou d'une grue à flèche relevable, l'indicateur (7) étant associé à un mécanisme de rotation de la grue et comprenant un capteur angulaire (8) entraîné en rotation par l'intermédiaire d'un pignon (10) ayant des dents (11) en nombre déterminé (d), lequel pignon (10) engrène avec une couronne dentée (4) ayant des dents (6) en nombre déterminé (D) et appartenant au mécanisme de rotation de la grue, de telle sorte que la rotation du capteur angulaire (8) soit représentative de la rotation de la flèche de la grue, l'indicateur (7) comprenant aussi un calculateur (12) qui, à partir du nombre de tours mesuré par le capteur angulaire (8), détermine le nombre de tours effectués par la flèche, caractérisé en ce que le pignon (10) précité possède des dents (11) dont le nombre (d) est égal à une puissance de deux (2ⁿ), de telle sorte que le rapport de réduction (R), défini comme le quotient du nombre de dents (D) de la couronne (4) par le nombre de dents (d) du pignon (10), soit un nombre décimal possédant un nombre fini de décimales, quel que soit le nombre de dents (D) de la couronne (4), ce nombre décimal étant introduit à sa valeur exacte dans le calculateur (12), pour la détermination par ce dernier du nombre de tours effectués par la flèche de la grue à partir du nombre de tours mesuré par le capteur angulaire (8).
Indication de position de flèche pour grue selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre (d) de dents (11) du pignon (10) est égal à seize.
Indicateur de position de flèche pour grue selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le capteur angulaire (8) associé au pignon (10) est un codeur absolu multitours.
Indicateur de position de flèche pour grue selon la revendication 3, caractérisé en ce que la partie calculateur (12) est intégrée audit codeur, et en ce que le codeur fournit ainsi un signal (S) qui représente directement la position angulaire de la flèche.