Système de manutention verticale à contrepoids intelligent. La présente invention concerne la manutention verticale, comme les grues et portiques, les ascenseurs et monte-charges, etc.
La manutention verticale est gourmande en énergie car il faut compenser intégralement le gain en énergie potentielle de tout objet dont on augmente l'élévation. Il faut y rajouter les frictions que génère tout mouvement et l'énergie cinétique de tout objet dont on augmente la vitesse. Le pire est que souvent la descente consomme également alors qu'en théorie l'énergie potentielle pourrait être récupérée, de même pour les ralentissements. Dans le domaine des ascenseurs et monte-charges, l'utilisation fréquente d'un contrepoids permet de limiter les augmentations d'énergie potentielle mais la gestion très précise des phases transitoires consomme également beaucoup d'énergie. L'usage d'une motorisation est nécessaire pour toutes les opérations alors que l'on peut remarquer que nombreux sont les cas où les objets font des déplacements symétriques en élévation et que donc le bilan final en énergie potentielle est nul. Il manque un système permettant de récupérer l'énergie potentielle de descente et de 20 ralentissement, et capable d'assurer le mouvement sans l'usage continu d'une motorisation. Ce but est atteint par un système de manutention verticale à contrepoids de masse constante et à éléments flexibles, caractérisé en ce qu'il y a deux éléments flexibles, 25 l'un pour la charge et l'autre pour le contrepoids, reliés par un mécanisme lié à la structure et en ce que ce mécanisme assure à tout moment la proportionnalité entre la vitesse du brin lié au contrepoids et celle du brin lié à la charge avec un rapport de proportionnalité modifiable à la demande. 30 En manutention verticale, les éléments flexibles utilisés sont des câbles ou des cordes, des courroies lisses, plus rarement des chaînes ou des courroies crantées. Les poulies motrices ou freinantes n'autorisent pas le glissement de l'élément flexible, soit par friction, soit par obstacles, soit par enroulement sur un tambour L'utilisation d'un contrepoids permet de baisser notablement les efforts à mettre en oeuvre car l'énergie potentielle à fournir est réduite à la différence des masses entre charge et contrepoids. Par contre, les efforts de friction et d'inertie sont presque doublés par la présence dudit contrepoids, mais au final le gain est important. De plus, à la descente de la charge, une partie de cette énergie potentielle est récupérée par le contrepoids. Il faut donc bien calculer sa masse, l'idéal serait d'avoir à tout moment l'égalité entre charge et contrepoids, ce qui est difficilement réalisable. Les ascenseurs utilisent généralement un contrepoids correspondant à la masse de la cabine en demi-charge. Si changer la masse du contrepoids à chaque manoeuvre n'est pas réaliste, il est par contre possible de reproduire cette situation mécaniquement en ayant deux brins d'élément flexible au lieu du traditionnel élément unique reliant charge et contrepoids passant autour d'une ou plusieurs poulies, l'une étant motorisée et sans glissement pour assurer le mouvement et le positionnement.
Dans l'invention, un brin est lié à la charge et l'autre au contrepoids et ils sont reliés entre eux par un mécanisme assurant à tout moment la proportionnalité des vitesses de déplacement. Avec un mécanisme fixé à la structure du système et en choisissant ce rapport à l'inverse des tensions qui sont égales aux réactions des objets suspendus, on assure l'équilibre entre charge et contrepoids. Si en plus, le mécanisme peut faire varier légèrement ce rapport, on peut passer de l'arrêt à l'équilibre à un mouvement progressif accéléré dont on peut stabiliser la vitesse en retouchant le rapport, puis on peut le freiner, toujours en agissant sur ce rapport, jusqu'à l'arrêt, arrêt qui peut être maintenu avec le rapport cité plus haut. Et tout cela sans apport de travail extérieur, et sans pertes cinétiques car elles s'annulent entre accélération et freinage. Par contre, les pertes en friction omniprésentes dans tout mécanisme persistent et sont compensées par une perte d'énergie potentielle, le contrepoids se trouvant un peu plus bas que la position donnée par le calcul théorique égalisant les variations d'énergie potentielles. La proportionnalité entre les vitesses de déplacement de la charge et du contrepoids permet d'envisager un contrepoids de masse différente, en particulier un contrepoids plus lourd que la charge. Ses déplacements sont alors proportionnellement plus petits que ceux de la charge, ce qui permet de faire plusieurs déplacements avant d'avoir une réserve d'énergie potentielle insuffisante. A ce moment, une motorisation extérieure remonte le contrepoids, soit seul, soit au cours d'une descente de la charge effectuée avec un rapport modifié pour que le contrepoids se déplace davantage.35 Ce genre de mécanisme utilisé pour garantir la proportionnalité est connu en soi sous la forme de boîtes de vitesses ou de dérailleurs à rapport étagés, de variateur continu, appelé CVT pour Continuous Variable Transmission à courroie, à galets ou toroïdaux, de systèmes hydrauliques moteur-pompe à déplacement variable, de roues à géométrie variable. Ces mécanismes possèdent deux arbres, entrée et sortie, interchangeables et chacun de ces arbres doit être lié à une poulie sans glissement ou un tambour d'enroulement lié à chacun des brins. La solution la plus simple est de n'avoir que ces deux poulies bloquées sur le même axe et de faire varier le rayon de travail des brins par un procédé connu en soi comme les poulies à flasques à écartement variable. Il est avantageux d'utiliser un système à variation continue si l'on veut gérer avec précision les déplacements. Le démarrage est réalisable avec des mécanismes dont on peut modifier le rapport avec le rapport d'équilibre même à l'arrêt. Pour les autres nécessitant d'être en action pour le réglage du rapport, la motorisation extérieure doit alors être sollicitée pour la mise en mouvement, le réglage du rapport pouvant alors être affinée dès que le mouvement est amorcé. Il faut également pouvoir gérer la descente d'une charge très faible, qui va donc correspondre à une élévation très faible du contrepoids. Cela n'arrive pas avec les ascenseurs et les monte-charges car il y a toujours une cabine, avec une masse conséquente même à vide, par contre cela peut se produire dans les cas des grues ou portiques. Il faut soit s'assurer qu'il y a une masse suffisante au niveau du crochet ou du ballant de câble, ou alors que le mécanisme puisse faire varier le rapport de proportionnalité jusqu'à la valeur nécessaire. Dans le cas contraire, il faut prévoir une possibilité de débrayage du brin liée à la charge, avec un dispositif pour le réenrouler ensuite. Il reste bien sûr, la possibilité d'utiliser la motorisation comme on le fait aujourd'hui, mais avec l'avantage du contrepoids stockant une partie de l'énergie fournie. Il est bien entendu que d'autres modes de réalisation sont possibles sans sortir du cadre de la protection de la présente invention. 35