EP2025637A1 - Method and device to facilitate weathervaning a tower crane in a disturbed wind - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention se rapporte, de façon générale, au domaine technique des grues à tour. Plus particulièrement, cette invention s'intéresse à un procédé et à un dispositif pour faciliter la mise en girouette d'une grue à tour dans un vent perturbé.The present invention relates, in general, to the technical field of tower cranes. More particularly, this invention is directed to a method and apparatus for facilitating the weathering of a tower crane in a disturbed wind.
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 tournante composée d'une flèche et d'une contreflèche équipée d'un lest, la partie tournante étant montée au sommet du mât en étant rendue orientable autour d'un axe vertical.A tower crane is usually composed of two main parts, which are on the one hand a non-rotating vertical pylon also designated as mast, and on the other hand a rotating part composed of an arrow and a counter-beam equipped with a ballast, the rotating part being mounted at the top of the mast being made orientable about a vertical axis.
Pour réaliser le montage de la partie tournante, est intercalée entre la flèche et la contreflèche une couronne d'orientation, comparable à un gros roulement à billes, qui est composée de deux bagues concentriques, incluant une bague fixe reliée au sommet du mât et une bague mobile reliée à la partie tournante, bagues entre lesquelles roulent des billes ou des galets cylindriques.To achieve the assembly of the rotating part, is interposed between the arrow and the counterfleche an orientation ring, comparable to a large ball bearing, which is composed of two concentric rings, including a fixed ring connected to the top of the mast and a movable ring connected to the rotating part, rings between which cylindrical balls or rollers roll.
Pour commander la rotation de la partie tournante de la grue, un motoréducteur électrique solidaire de cette partie tournante entraîne en rotation un pignon, qui engrène avec une roue dentée taillée dans la bague fixe de la couronne. Si la puissance à transmettre pour mettre en rotation la partie tournante est trop importante pour un seul moteur, on peut monter deux ou plusieurs motoréducteurs sur la partie tournante. La couronne 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 couple de frottement de la couronne est ici désigné par Ccou.To control the rotation of the rotating part of the crane, an electric gear motor integral with this rotating part rotates a pinion, which meshes with a toothed wheel cut into the fixed ring of the ring gear. If the power to be transmitted to rotate the rotating part is too important for a single motor, two or more geared motors can be mounted on the rotating part. The ring is designed to allow rotation of the rotating part with minimal drive torque; nevertheless, it is necessary to exert between the considered parts of the crane a sufficient torque to overcome the friction of the balls or rollers interposed between the fixed ring and the movable ring of the crown. The friction torque of the crown is here designated by Ccou.
Le motoréducteur d'orientation possède un frein composé : d'un électro-aimant, d'un ressort, d'un plateau mobile en translation et fixe en rotation, muni d'un revêtement en matériau à fort coefficient de friction, et d'un plateau tournant relié à l'arbre du moteur. Lorsque le moteur est à l'arrêt, la bobine de l'électro-aimant n'est pas alimentée électriquement, et le plateau mobile exerce par l'intermédiaire du ressort une pression sur le plateau tournant, donc un couple de freinage sur le motoréducteur. Par contre, lorsque le moteur est alimenté électriquement, l'électro-aimant attire le plateau mobile en comprimant le ressort, ce qui libère le plateau tournant qui peut alors tourner librement. Le tarage du ressort, c'est-à-dire la force qu'il exerce en fonction du déplacement qu'il subit, permet de régler le couple de freinage ainsi exercé sur le mécanisme d'orientation de la grue. En cas de pluralité de motoréducteurs d'orientation, l'un d'eux au moins est équipé d'un tel frein.The orientation geared motor has a brake composed of: an electromagnet, a spring, a plate movable in translation and fixed in rotation, provided with a coating of material with a high coefficient of friction, and a turntable connected to the motor shaft. When the motor is stopped, the coil of the electromagnet is not electrically powered, and the movable plate exerts via the spring a pressure on the turntable, so a braking torque on the geared motor . On the other hand, when the motor is electrically powered, the electromagnet attracts the mobile plate by compressing the spring, which frees the turntable which can then rotate freely. The setting of the spring, that is to say the force it exerts according to the displacement it undergoes, makes it possible to adjust the braking torque as well as exerted on the mechanism of orientation of the crane. In the case of a plurality of orientation geared motors, at least one of them is equipped with such a brake.
En service, la grue doit pouvoir travailler jusqu'à une vitesse de vent définie par des normes, par exemple une vitesse de 72 km/h, cette vitesse limite étant désignée par V1. Il faut donc que le frein du mécanisme d'orientation reprenne la différence de couple entre la flèche et la contreflèche de la partie tournante, en tenant compte du couple de frottement de la couronne. Autrement dit, le couple de freinage doit vérifier l'inéquation suivante :
dans laquelle :
- Cfr1 représente le couple de freinage à exercer pour freiner la partie tournante de la grue avec une vitesse de vent V1,
- Cfl1 représente le couple appliqué à la flèche par un vent de vitesse V1,
- Ccf1 représente le couple appliqué à la contreflèche par un vent de vitesse V1,
- Ccou représente le couple de frottement de la couronne.
in which :
- Cfr 1 represents the braking torque to exert to brake the rotating part of the crane with a wind speed V1,
- Cfl 1 represents the torque applied to the boom by a wind speed V1,
- Ccf 1 represents the torque applied to the counterfleche by a wind speed V1,
- Ccou represents the friction torque of the crown.
En dehors des périodes de travail, donc lorsqu'elles sont "hors service", les grues à tour sont habituellement mises en girouette, c'est-à-dire qu'on laisse la partie tournante s'orienter librement selon la direction du vent, auquel cas la contreflèche se place contre le vent et la flèche s'oriente dans le sens du vent. La mise en girouette des grues garantit leur stabilité, lorsqu'elles sont exposées à des vents de tempête, c'est-à-dire les vents de vitesse supérieure à la vitesse limite V1 précédemment mentionnée.Outside working periods, so when they are "out of order", tower cranes are usually put in wind vane, that is to say that we let the rotating part to move freely according to the wind direction in which case the counterfleche is placed against the wind and the arrow is moving in the direction of the wind. The weather vane crane ensures stability when exposed to storm winds, that is to say winds above the speed limit V1 previously mentioned.
Pour permettre à la grue de se mettre en girouette, le grutier désactive le frein du moteur mécanisme d'orientation lorsqu'il quitte son poste de travail. Le brevet français
Pour que la partie tournante d'une grue à tour se mette nécessairement en girouette, dès que la vitesse du vent excède la valeur maximale autorisée par les normes pour l'utilisation de la grue (vitesse V1), il faut que le couple exercé par le vent sur la flèche, diminué du couple exercé par le vent sur la contreflèche, soit supérieur au couple de frottement de la couronne. Autrement dit, il convient que soit vérifiée l'inéquation :
dans laquelle :
- Cfl1 représente le couple appliqué à la flèche par un vent de vitesse V1,
- Ccf1 représente le couple appliqué à la contreflèche par un vent de vitesse V1,
- Ccou représente le couple de frottement de la couronne.
in which :
- Cfl 1 represents the torque applied to the boom by a wind speed V1,
- Ccf 1 represents the torque applied to the counterfleche by a wind speed V1,
- Ccou represents the friction torque of the crown.
Si cette inéquation n'est pas vérifiée, il faut augmenter la surface de la flèche exposée au vent, en ajoutant par exemple des plaques verticales dans la flèche.If this inequality is not verified, increase the area of the boom exposed to the wind, for example by adding vertical plates in the boom.
Lorsque la grue à tour est installée dans un site non bâti et que le vent est régulier, la flèche et la contreflèche sont exposées à la même vitesse de vent. La surface de la flèche exposée au vent étant supérieure à celle de la contreflèche (par construction ou par adjonction de plaques dans la flèche si nécessaire), lorsqu'on laisse librement évoluer la partie tournante celle-ci s'oriente dans le lit du vent, la flèche s'orientant dans le sens du vent.When the tower crane is installed in a non-built site and the wind is steady, the boom and the counter-baffle are exposed to the same wind speed. The surface of the arrow exposed to the wind being greater than that of the counterfleche (by construction or by adding plates in the arrow if necessary), when the rotating part is allowed to evolve freely, it turns in the wind bed. , the arrow moving in the direction of the wind.
Néanmoins, lorsque la grue à tour est installée dans un environnement perturbé, la vitesse du vent frappant la contreflèche peut être très différente de la vitesse du vent frappant simultanément la flèche. La différence entre le couple appliqué à la flèche et le couple appliqué à la contreflèche devient alors très supérieure au couple de frottement de la couronne, si bien que la partie tournante de la grue, au lieu de se mettre dans le lit 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 frappe la partie tournante lorsqu'elle est orientée perpendiculairement à la direction du vent.Nevertheless, when the tower crane is installed in a disturbed environment, the speed of the wind striking the counterfleche can be very different from the speed of the wind simultaneously striking the boom. The difference between the torque applied to the boom and the torque applied to the counterfleche then becomes much greater than the friction torque of the crown, so that the rotating part of the crane, instead of getting into the wind bed, is to turn in a certain direction, without stopping. As a result, the crane fails to prop up properly, and its rotating part is driven in an uncontrolled rotation. Under such conditions, there is a risk of falling of the crane, especially if a gust of wind hits the rotating part when it is oriented perpendicular to the direction of the wind.
De telles conditions perturbées peuvent se présenter, notamment, si la grue est implantée dans un environnement urbain créant une influence des bâtiments voisins, ou à proximité d'une falaise, ou dans une vallée encaissée, ou encore à proximité de tours de refroidissement de centrales électriques, etc.Such disturbed conditions may occur, in particular, if the crane is installed in an urban environment that creates an influence of neighboring buildings, or near a cliff, or in a valley, or near central cooling towers. electric, etc.
La présente invention a donc pour but d'empêcher la mise en rotation incontrôlée de la partie tournante d'une grue à tour, lorsque celle-ci est installée sur un site sujet à des vents perturbés, correspondant notamment aux implantations précédemment énumérées, ceci pour éviter tout risque de chute de la grue, la solution proposée consistant en un contrôle amélioré de la mise en girouette de la grue.The present invention therefore aims to prevent the uncontrolled rotation of the rotating part of a tower crane, when it is installed on a site subject to disturbed winds, corresponding in particular to the implantations previously listed, this for avoid any risk of falling of the crane, the proposed solution consisting of an improved control of the crane's weather vane.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé pour faciliter la mise en girouette d'une grue à tour dans un vent perturbé, la grue à tour comprenant une partie tournante composée d'une flèche et d'une contreflèche, et un mécanisme de rotation de la partie tournante incluant au moins un motoréducteur avec un frein désactivé lorsque la grue est mise hors service, pour permettre alors la libre orientation de la partie tournante selon la direction du vent, ce procédé étant caractérisé par le fait que, lorsque la grue est mise hors service, il est exercé sur sa partie tournante un couple de freinage (Cfr2) donné par la formule :
dans laquelle :
- Cfl2 représente le couple appliqué à la flèche par un vent de vitesse V2 inférieure à la vitesse maximale V1 autorisée pour le travail de la grue,
- Ccf2 représente le couple appliqué à la contreflèche par le même vent de vitesse V2 inférieure à la vitesse maximale V1,
- Ccou représente le couple de frottement de la couronne d'orientation de la partie tournante.
in which :
- Cfl 2 represents the torque applied to the boom by a wind speed V2 lower than the maximum speed V1 allowed for the work of the crane,
- Ccf 2 represents the torque applied to the counterfleche by the same wind speed V2 lower than the maximum speed V1,
- Ccou represents the friction torque of the turning ring of the rotating part.
Ainsi, l'idée à la base de l'invention consiste à éviter la mise en rotation incontrôlée de la partie tournante de la grue à tour, en limitant la vitesse de mise en girouette de cette partie tournante par un système de freinage spécifique entrant en action seulement lorsque la grue est mise hors service, et créant alors un couple de freinage permanent, qui s'oppose à une éventuelle différence de couple importante entre la flèche et la contreflèche.Thus, the idea underlying the invention is to avoid the uncontrolled rotation of the rotating part of the tower crane, limiting the speed of winding of this rotating part by a specific braking system entering into action only when the crane is put out of service, and then creating a permanent braking torque, which opposes a possible significant difference in torque between the boom and the counterflash.
L'invention a aussi pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus, ce dispositif étant un mécanisme de rotation de la partie tournante de la grue, avec au moins un motoréducteur, mécanisme essentiellement caractérisé par le fait que le motoréducteur du mécanisme de rotation de la partie tournante, ou au moins un motoréducteur en cas de pluralité de motoréducteurs, est équipé d'un frein qui est activé lorsque la grue est mise hors service, ce frein exerçant alors le couple de freinage Cfr2 donné par la formule :
Ainsi, le dispositif de l'invention consiste en un mécanisme de rotation dont le motoréducteur d'orientation, ou l'un au moins des motoréducteurs, est équipé d'un frein spécifique qui contrôle la mise en girouette, par exemple en ralentissant celle-ci à partir d'une vitesse de vent égale à 55 km/h, vitesse qui dans tous les cas doit être inférieure à la vitesse maximale autorisée pour le travail de la grue.Thus, the device of the invention consists of a rotation mechanism of which the orientation geared motor, or at least one of the geared motors, is equipped with a specific brake which controls the setting wind vane, for example by slowing down from a wind speed of 55 km / h, which in all cases must be less than the maximum speed allowed for the work of the crane.
Dans un mode de réalisation du dispositif de l'invention, notamment dans le cas d'un mécanisme de rotation avec un motoréducteur unique d'orientation de la partie tournante de la grue, avec frein interne à ce motoréducteur et désactivé lorsque la grue est mise hors service, le frein additionnel activé lorsque la grue est mise dans le service pour exercer le couple de freinage Cfr2, est un frein externe, intercalé entre la sortie du réducteur du motoréducteur, d'une part, et un pignon qui se trouve en prise avec une roue dentée de la couronne d'orientation, d'autre part. Le dispositif reste ainsi d'une structure simple et compacte, et il ne nécessite aucune modification du motoréducteur lui-même avec son frein principal intégré.In one embodiment of the device of the invention, in particular in the case of a rotation mechanism with a single geared motor orientation of the rotating part of the crane, with internal brake to this geared motor and deactivated when the crane is put when not in use, the additional brake activated when the crane is put into service to exert the braking torque Cfr 2 , is an external brake, interposed between the output of the reduction gear of the geared motor, on the one hand, and a pinion which is in taken with a gear wheel of the slewing ring, on the other hand. The device thus remains a simple and compact structure, and it does not require any modification of the gearmotor itself with its integrated master brake.
Selon un autre mode de réalisation de ce dispositif, en cas de pluralité de motoréducteurs d'orientation de la partie tournante de la grue, un seul de ces motoréducteurs du mécanisme de rotation comporte un frein interne désactivé lorsque la grue est mise hors service, et au moins un autre motoréducteur d'orientation du même mécanisme de rotation comporte le frein précité qui est activé lorsque la grue est mise hors service, ce dernier frein exerçant alors le couple de freinage Cfr2. Cette solution peut éviter le recours à un frein externe, le frein inemployé de l'un des motoréducteurs d'orientation étant utilisé pour freiner la partie tournante en vue de contrôler la mise en girouette, conformément au procédé de l'invention.According to another embodiment of this device, in the case of a plurality of geared motors for orienting the rotating part of the crane, only one of these geared motors of the rotation mechanism comprises an internal brake deactivated when the crane is put out of service, and at least one other geared motor orientation of the same rotation mechanism comprises the aforesaid brake which is activated when the crane is put out of service, the latter brake then exerting the braking torque Cfr 2 . This solution can avoid the use of an external brake, the unused brake of one of the orientation geared motors being used to brake the rotating part in order to control the wind vane, according to the method of the invention.
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 pour faciliter la mise en girouette d'une grue à tour dans un vent perturbé :
-
Figure 1 est un schéma illustrant, en vue en plan par-dessus, 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 d'une grue à tour équipée du dispositif de l'invention ; -
Figure 3 représente, très schématiquement, le dispositif de l'invention associé à un motoréducteur d'orientation.
-
Figure 1 is a diagram illustrating, in plan view over, the action of the wind on the rotating part of a tower crane; -
Figure 2 is a partial view, from the side, of the rotating part of a tower crane equipped with the device of the invention; -
Figure 3 represents, very schematically, the device of the invention associated with an orientation geared motor.
En se référant aux
De manière connue, comme le montre la
Selon l'invention, un frein additionnel externe 13 est intercalé entre la sortie du réducteur 11 et le pignon 9 qui se trouve en prise avec la roue dentée 7 de la couronne 5. Ce frein externe 13 entre en action seulement lorsque la grue est mise hors service, pour exercer un couple de freinage minimal 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 interne 12 du motoréducteur 8 et en activant alors le frein externe 13 pour lui permettre d'exercer son couple de freinage.According to the invention, an external
En se référant de nouveau à la
- un couple Cfl appliqué par le vent sur la flèche 3, et
- un couple Ccf appliqué par le vent sur la contreflèche 4.
- a torque Cfl applied by the wind on the
arrow 3, and - a Ccf couple applied by the wind on the counterfleche 4.
De plus, un couple de frottement Ccou est à considérer au niveau de la couronne d'orientation 5 de la partie tournante 2.In addition, a Ccou friction torque is to be considered at the
Le frein interne 12 doit reprendre la différence de couple entre flèche 3 et 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 de vent V1, couple devant être exercé par ce frein 12, doit satisfaire la relation :
dans laquelle Cfl1 et Ccf1 représentent les couples appliqués par un vent de vitesse V1 respectivement à la flèche 3 et à la contreflèche 4.The
in which Cfl 1 and Ccf 1 represent the couples applied by a wind of speed V1 respectively to the
Quant au couple de freinage noté Cfr2, exercé par le frein externe 13 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 :
dans laquelle :
- Cfl2 représente le couple appliqué à la flèche par un vent d'une certaine vitesse V2 inférieure à la vitesse maximale V1,
- Ccf2 représente le couple appliqué à la contreflèche 4 par le même vent d'une certaine vitesse V2 inférieure à la vitesse maximale V1,
- Ccou représente comme précédemment le couple de frottement de la couronne 5.
in which :
- Cfl 2 represents the torque applied to the deflection by a wind of a certain speed V2 lower than the maximum speed V1,
- Ccf 2 represents the torque applied to the counterfleche 4 by the same wind of a certain speed V2 lower than the maximum speed V1,
- Ccou represents as previously the friction torque of the
crown 5.
La vitesse de vent V2 est par exemple égale à 55 km/h (alors que, dans le cas pris ici pour exemple, la vitesse V1 est égale à 72 km/h).The wind speed V2 is for example equal to 55 km / h (whereas, in the case taken here for example, the speed V1 is equal to 72 km / h).
Pour obtenir le couple de freinage Cfr2 respectant la relation indiquée, il suffit d'utiliser un frein externe 13 pourvu d'un ressort dont la force de détente donne la valeur de couple recherchée.To obtain the braking torque Cfr 2 respecting the indicated relationship, it is sufficient to use an
Dans le cas d'une grue équipée de deux ou plusieurs motoréducteurs de rotation de la partie tournante, il est prévu, contrairement à la description précédente, qu'un seul parmi ces motoréducteurs comporte un frein interne utilisé pour freiner la partie tournante 2 de la grue au cours du service de la grue, lorsque la partie tournante n'est pas entraînée en rotation, ce frein étant désactivé lorsque la grue n'est pas en service. Au moins un autre parmi les motoréducteurs d'orientation comporte, en lieu et place d'un tel frein, un autre frein interne qui est conçu, notamment par le choix de la force de son ou de ses ressorts, pour créer le couple de freinage Cfr2 (qui correspond au couple créé par le frein externe 13 dans l'exemple précédent). En d'autres termes, c'est seulement lorsque la grue est équipée d'un seul motoréducteur d'orientation qu'il faut intercaler un frein externe.In the case of a crane equipped with two or more rotational geared motors of the rotating part, it is provided, contrary to the foregoing description, that only one of these geared motors comprises an internal brake used to brake the
On ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention, telle que définie dans les revendications annexées :
- en modifiant le nombre des motoréducteurs du mécanisme de rotation de la partie tournante de la grue ;
- en associant, au motoréducteur ou à chaque motoréducteur d'orientation, un ou des freins d'un autre type ;
- en dimensionnant ces freins pour d'autres valeurs critiques de la vitesse du vent, les vitesses de 72 km/h et 55 km/h n'étant que des exemples donnés à titre explicatif.
- by modifying the number of geared motors of the rotation mechanism of the rotating part of the crane;
- by associating, with the gearmotor or with each orientation gearmotor, one or more brakes of another type;
- sizing these brakes for other critical values of the wind speed, speeds of 72 km / h and 55 km / h are just examples given for explanatory purposes.
Claims (4)
dans laquelle :
in which :
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