WO2016203165A1 - Procédé de définition d'une courbe de charges optimisée pour grue, procédé et dispositif de contrôle pour contrôler la charge suspendue à une grue à partir de la courbe de charges optimisée - Google Patents

Procédé de définition d'une courbe de charges optimisée pour grue, procédé et dispositif de contrôle pour contrôler la charge suspendue à une grue à partir de la courbe de charges optimisée Download PDF

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load
stresses
range
theoretical
crane
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PCT/FR2016/051469
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Christophe Barbet
Adrien GOURRU
Fabrice Thomas
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Manitowoc Crane Group France
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C23/00—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes
    • B66C23/16—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes with jibs supported by columns, e.g. towers having their lower end mounted for slewing movements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C23/00—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes
    • B66C23/88—Safety gear
    • B66C23/90—Devices for indicating or limiting lifting moment
    • B66C23/905—Devices for indicating or limiting lifting moment electrical

Definitions

  • the present invention relates to a defining method for defining a load curve for a crane.
  • the present invention relates to a method and a control device for controlling the load suspended on a crane.
  • the present invention applies to the field of boom cranes.
  • the present invention can be applied to several types of cranes, for example to distribution boom cranes, luffing jib cranes and self-erecting cranes, these cranes having or without shrouds.
  • the present invention is intended in particular to solve, in whole or in part, the problems mentioned above.
  • the subject of the present invention is a definition method, for defining a load curve for a crane, the definition method comprising the steps of:
  • a lifting member which is configured to lift a load and which is movable along the boom successively in several spans
  • such a definition method makes it possible to define an optimized load curve in each selected range, that is to say a point-to-point optimized load curve.
  • a definition method makes it possible to use the boom to the maximum of its capacities whatever the range at which the load is raised.
  • this definition method makes it possible to use the arrow with a load inducing a predetermined maximum stress on at least one element of the structure. In other words, at least one element of the structure is used to the maximum of its capacity.
  • Such a definition method makes it possible to define an optimized load curve for an existing crane.
  • Such a definition method also makes it possible to dimension an arrow during the design of the arrow, that is to say to select the dimensions of several elements of the structure of the arrow before making this arrow.
  • the definition process is then part of a sizing process.
  • stress means a mechanical stress, that is to say a force exerted on a surface.
  • computed stress designates the constraint calculated for a theoretical load considered suspended from the lifting member (simulation).
  • a constraint may be calculated in accordance with a standard and / or directive that applies in the territory in which the crane is to operate. For example, Machine Directive CE-89/392, Standard FEM.1 .001 and Standard EN14439 apply in Europe.
  • the predetermined maximum stresses may be imposed by a standard and / or an applicable directive.
  • a standard or directive imposes permissible stresses that must not be exceeded, by applying, where appropriate, a factor of safety to the elastic limit of the material in question.
  • the predetermined maximum stresses can be set by the crane designer or the crane user more strictly than the applicable standard or guideline.
  • the predetermined maximum stresses can be calculated so as not to exceed maximum forces in static stress and / or not to exceed the amplitudes of maximum forces necessary for the fatigue analyzes.
  • a definition step consists in defining a load curve indicating the theoretical loads found as a function of the selected ranges.
  • the simulation step implements a computer-assisted design software to design the boom.
  • the load curve may include the mass of the carriage, the mass of the hook, the mass of the muffle, the mass of the cable and the mass of the actuator configured to drive the cable and / or the carriage.
  • the load curve directly indicates the payload that the boom can lift.
  • the structure comprises a lattice, the elements comprising bars arranged to form the lattice.
  • the structure may comprise a box, said elements comprising plates arranged to form the box.
  • Each plate forms a structural element, that is to say an element of the structure.
  • the box may be formed of several sections assembled together so as to compose the arrow.
  • a part of the elements is selected. In other words, one selects several elements but not all the elements of the structure. Then, perform the analysis steps on the elements to be tested that have been selected. Thus, such a selection step limits the number of calculations to be made during the analysis steps. For example, 80% or 90% of the bars forming the lattice of an arrow can be selected.
  • the staves are selected in a regular distribution along the arrow.
  • the spans are spaced two by two by an interval of between 0.5% and 10%, preferably between 1% and 2%, of the length of the arrow.
  • the staves can be selected in an irregular distribution along the arrow.
  • the interval between two small litters may be relatively large, while for a set of large litters, the interval between two large litters may be relatively small.
  • the number of analysis steps necessary to define a load curve is reduced.
  • the definition method further comprises an interpolation step, in which the theoretical charges found for the different ranges are interpolated so as to define the charge curve.
  • an interpolation step makes it possible to limit the number of calculations necessary to define a charge curve.
  • calculated stresses are calculated for a biasing mode selected from the group consisting of traction, shear, compression, buckling, torsion and bending.
  • the predetermined maximum stresses may arise from different modes of loading, for example a traction mode, a shear mode, a compression mode including a buckling mode, a bending mode, a torsion mode, or a combined mode of at least two of these different modes of stress.
  • calculated stresses can be calculated for all these modes of stress: tensile, shear, compression, buckling torsion and / or flexion.
  • several predetermined maximum constraints corresponding to the selected modes of loading are selected.
  • each predetermined maximum stress is selected to be between 90% and 100% of a respective allowable stress.
  • each predetermined maximum stress is selected so as to achieve, for each element, a utilization rate of between 90% and 100%.
  • utilization rate designates the ratio between a stress applied to an element and the admissible stress for this element, which is for example imposed by a standard or directive.
  • the analysis steps are initially performed for the largest range selected, so as to first find the theoretical load for the largest range selected,
  • the theoretical load is selected inducing, around an end of the arrow opposite the largest range, a moment equal to the moment induced by the theoretical load found for the largest range selected.
  • control method for controlling the load suspended on a crane, the control method comprising the steps of:
  • a crane comprising at least:
  • a lifting member which is configured to lift a load and which is movable along the boom successively in several spans
  • an evaluation device configured to evaluate a magnitude representative of the load suspended from the lifting member
  • a measurement device configured to measure a magnitude representative of the instantaneous range
  • control device comprising a memory containing the charge curve defined according to a definition method according to the invention
  • control device control signals intended to control at least one movement of the lifting member among: i) a lifting movement to lift a target load and ii) a dispensing movement to move the lifting member to a target scope,
  • the restriction step comprises: i) a prevention step in which said at least one movement of the lifting member is prevented, and ii) a warning step in which the control device communicates a passing warning warning that the target load is excessive for the target range.
  • the restriction step may comprise: i) a limiting step in which the lifting member is moved to a range below the target range.
  • a limitation step allows only partially to allow a movement of the suspended load to the extent permitted by the load curve.
  • the evaluation device comprises at least one measuring device selected from the group consisting of an electronic encoder and a displacement potentiometer.
  • control device comprising:
  • a calculation unit configured to perform a control method according to the invention.
  • control device may belong to the crane.
  • control device can be integrated with a crane control system, which can be installed in a crane control cabin.
  • the present invention also relates to a crane comprising a control system, the control system incorporating such a control device.
  • control device may be remote from the crane.
  • the control device can be integrated into a remote control configured to control the crane from the ground.
  • the subject of the present invention is a crane comprising such a control device.
  • FIG. 1 is a diagrammatic view illustrating a portion of a crane comprising a control device implementing a control method in accordance with the invention, from a load curve defined according to a method of definition in accordance with FIG. invention;
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a definition method according to the invention
  • Figures 3 and 4 are schematic views illustrating the arrow of Figure 1 respectively during two steps of the definition process of Figure 2;
  • FIG. 5 is a diagram representing a defined load curve according to the definition method of FIG. 2;
  • Figure 6 is a view of a control method according to the invention.
  • FIG. 7 is a view of a control device according to the invention and configured to implement the control method of Figure 6.
  • FIG. 1 illustrates a crane 1 comprising an arrow 2 and a tower 3 which supports the arrow 2.
  • the arrow 2 is articulated with respect to the tower 3 especially around an axis 2.3.
  • the arrow 2 comprises a structure 4.
  • the structure 4 is composed of several elements 5. Each element 5 forms a structural element, that is to say an element of the structure 4.
  • the structure 4 comprises a lattice and the elements 5 comprise bars arranged to form this lattice.
  • Each element 5 is here a section of the structure 4 comprising several bars.
  • the crane 1 further comprises a lifting member 8.
  • the lifting member 8 is configured to lift a load 10.
  • the lifting member 8 here comprises a carriage, a hook, a muffle, a cable and an actuator configured to drive the cable and the carriage.
  • the lifting member 8 is movable along the boom 2 successively in several litters L.
  • the lifting member 8 is at the minimum range when it is closest to the turn 3.
  • the lifting member 8 is at maximum reach when it is furthest from tower 3.
  • FIG. 2 illustrates a definition method 100 for defining a load curve for a crane 1.
  • the definition method 100 comprises a simulation step 102, in which the crane 1 comprising the lifting member 8 and the arrow 2 is simulated.
  • the simulation step 102 can implement a computer-assisted design software to design 2.
  • the structure 4 is decomposed into a plurality of elements 5.
  • This simulation step 102 can also be operated by means of a computer, not shown, which is equipped with a program designed to perform analytical calculations.
  • the definition method 100 further comprises a step 104 for selecting elements to be tested 6, in which several elements to be tested 6 are selected from the elements 5. In the example of FIG. 2, most of the elements 5 are selected. of the structure 4 as elements to be tested 6. Here 90% of the bars forming the lattice of the arrow 2 can be selected.
  • This step 104 of the selection of elements to be tested 6 can be performed using the computer.
  • the definition method 100 comprises a step 108 of constraint selection, in which, for each element to be tested 6, predetermined maximum stresses are selected so as to define in a set of predetermined maximum stresses.
  • predetermined maximum stresses may be selected at 90% of the allowable stresses imposed by Machine Directive CE-89/392, Standard FEM.1 .001 and Standard EN14439.
  • This constraint selection step 108 can be performed by means of the computer, so that the set of predetermined maximum constraints can be recorded in this computer.
  • the predetermined maximum stresses can be selected so as to achieve, for each element 5, a utilization rate of about 90%.
  • the definition method 100 further comprises a step 1 10 for selecting ranges L, in which several ranges L are selected along the arrow 2.
  • this selection step 1 10 of several litters L the litters L are selected in a regular distribution along the arrow 2.
  • the selected spans L are spaced two by two by an interval 9 approximately equal to 1, 5% of the length of the arrow 2, here about 1 m.
  • This stage 1 10 range selection can be operated by means of the computer.
  • the analysis steps 1 12 described below are carried out.
  • the analysis steps 1 12 can be performed using the computer.
  • the analysis steps 1 12 are performed for a first range L, for example for the largest selected range (for example the maximum range) along the arrow 2.
  • the analysis steps 1 12 comprise:
  • analysis steps 1 12 include:
  • the analysis steps 1 12 include an iteration step 1 12.5, in which is repeated:
  • the number of iteration steps 1 12.5 depends on the theoretical load chosen during the selection step 1 12.1 and the increment of the theoretical load. A small increment will require more iteration steps 12.5 than a large increment, but a small increment will result in a theoretical load defined more accurately than a large increment.
  • the definition method 100 comprises a recording step 1 12.6, in which a group of values is recorded in a memory of the computer comprising i) the range L and ii) the theoretical maximum load for which the calculated stresses are substantially equal to the respective predetermined maximum stresses.
  • a maximum theoretical load is associated with each scope L in the memory.
  • a definition step 1 14 consists in defining the load curve 50 indicating:
  • the L ranges (in meters).
  • the payload 10 + 8 is here the sum of the theoretical load found and the mass of the lifting member 8 (carriage, hook, muffle, cable and actuator).
  • FIG. 5 illustrates a load curve 49 which has been obtained by a method of the state of the art while keeping the constant maximum load moment.
  • the charge curve 50 obtained by the definition method 100 according to the invention is optimized with respect to the charge curve 49 of the state of the art. Indeed, the load curve 50 makes it possible to lift heavier payloads at all L spans.
  • FIG. 3 illustrates a control method 200 for controlling the load suspended on the crane 1.
  • the control method 200 comprises a supply step 202, in which the crane 1 is provided comprising:
  • an evaluation device 20 which is configured to evaluate the mass of the load 10 suspended on the lifting member 8; the evaluation device 20 here comprises an electronic coder, and
  • a measuring device 22 which is configured to measure the length of the instantaneous range L.
  • the control method 200 further comprises a supply step 204, in which a control device 24, visible in FIG. 7, is provided, comprising a memory 26 which contains the charge curve 50 defined according to the definition method 100. As shown in FIG. 7, the control device 24 further comprises a calculation unit 28 which is configured to carry out the control method 200. In the example of the figures, the control device 24 is integrated in a control system 25 installed on the crane 1.
  • the control system 25 further comprises a stop control 29 and position sensors 27 which are configured to generate signals representative respectively of the position of the carriage, the angular position of the boom 2 relative to the tower 3, the position of the hook, the position of the muffle and the position of the load 1 0.
  • the control method 200 further comprises the following steps:
  • control device 24 communicating to the control device 24 control signals for controlling at least one movement of the lifting member 8 among: i) a lifting movement to lift a target load and ii) a dispensing movement to move the lifting member 8 towards a target range,
  • the restriction step 214 comprises: i) a prevention step 214.1 in which said at least one movement of the lifting member 8 is prevented, and ii) a warning step 214.2 in which the control 24 communicates an overrun warning warning that the target load is excessive for the target range.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Jib Cranes (AREA)
  • Control And Safety Of Cranes (AREA)

Abstract

Ce procédé de définition (100) comprend les étapes : - simuler une grue (1) comprenant : i) une flèche (2) composée d'éléments (5) et ii) un organe de levage (8) mobile le long de la flèche, - sélectionner plusieurs éléments à tester (6), des contraintes maximales, et plusieurs portées (L) le long de la flèche (2), et - réaliser les étapes d'analyse suivantes : • choisir une charge théorique, • calculer des contraintes induites par la charge théorique dans chaque élément à tester (6), • comparer ces contraintes avec des contraintes maximales, • incrémenter ou décrémenter la charge théorique selon que des contraintes sont inférieures ou supérieures aux contraintes maximales, • répéter l'étape de calcul et l'étape de comparaison et l'incrémentation ou la décrémentation jusqu'à trouver la charge théorique maximale, et • enregistrer i) la portée (L) et ii) la charge théorique maximale.

Description

La présente invention concerne un procédé de définition pour définir une courbe de charges pour une grue. De plus, la présente invention concerne un procédé et un dispositif de contrôle pour contrôler la charge suspendue à une grue.
La présente invention s'applique au domaine des grues à flèches.
La présente invention peut s'appliquer à plusieurs types de grues, par exemple aux grues à flèches distributrices, aux grues à flèches relevables et aux grues à montage automatisé, ces grues ayant ou non des haubans.
Dans l'état de la technique, une courbe de charges est définie à partir d'une charge théorique soulevée à la portée maximale de la flèche. À partir de cette charge théorique, on déduit un moment de charge maximal. Ensuite, pour chaque portée inférieure à la portée maximale, on calcule la charge théorique de façon à conserver ce moment de charge maximal. Ainsi, chaque élément de la structure est sollicité par un moment de charge maximal constant lorsque la flèche soulève des charges à différentes portées.
Cependant, un tel procédé de définition définit une courbe de charges qui limite parfois excessivement l'utilisation de la flèche à certaines portées, car la limite structurelle est déterminée uniquement par la charge maximale à la portée la plus grande.
La présente invention a notamment pour but de résoudre, en tout ou partie, les problèmes mentionnés ci-avant.
Dans ce but, la présente invention a pour objet un procédé de définition, pour définir une courbe de charges pour une grue, le procédé de définition comprenant les étapes :
- simuler une grue comprenant au moins :
o i) une flèche comprenant une structure composée de plusieurs éléments, et
o ii) un organe de levage qui est configuré pour lever une charge et qui est mobile le long de la flèche successivement en plusieurs portées,
sélectionner plusieurs éléments à tester,
pour chaque élément à tester, sélectionner au moins une contrainte maximale prédéterminée respective,
sélectionner plusieurs portées le long de la flèche, et à chaque portée, réaliser les étapes d'analyse suivantes :
• choisir une charge théorique à suspendre à l'organe de levage,
• calculer des contraintes qui sont induites par la charge théorique dans chaque élément à tester,
· pour chaque élément à tester, comparer les contraintes calculées avec les contraintes maximales prédéterminées respectives,
• incrémenter la charge théorique si au moins une des contraintes calculées est inférieure à une contrainte maximale prédéterminée respective,
• décrémenter la charge théorique si au moins une des contraintes calculées est supérieure à une contrainte maximale prédéterminée respective,
• répéter i) l'étape de calcul et ii) l'étape de comparaison et l'une parmi iii) l'étape d'incrémentation et iii) l'étape de décrémentation jusqu'à trouver la charge théorique maximale pour laquelle les contraintes calculées sont sensiblement égales aux contraintes maximales prédéterminées respectives, et
• enregistrer dans une mémoire un groupe de valeurs comprenant i) la portée et ii) la charge théorique maximale pour laquelle les contraintes calculées sont sensiblement égales aux contraintes maximales prédéterminées respectives.
Ainsi, un tel procédé de définition permet de définir une courbe de charges optimisée en chaque portée sélectionnée, c'est-à-dire une courbe de charges optimisée « point à point ». Donc un tel procédé de définition permet d'utiliser la flèche au maximum de ses capacités quelle que soit la portée à laquelle est soulevée la charge. En effet, ce procédé de définition permet d'utiliser la flèche avec une charge induisant une contrainte maximale prédéterminée sur au moins un élément de la structure. En d'autres termes, au moins un élément de la structure est utilisé au maximum de sa capacité.
Un tel procédé de définition permet de définir une courbe de charges optimisée pour une grue existante. Un tel procédé de définition permet aussi de dimensionner une flèche lors de la conception de la flèche, c'est-à-dire de sélectionner les dimensions de plusieurs éléments de la structure de la flèche avant de fabriquer cette flèche. Le procédé de définition fait alors partie d'un procédé de dimensionnement.
Dans la présente demande, le terme « contrainte » désigne une contrainte mécanique, c'est-à-dire un effort exercé sur une surface. Dans la présente demande, le terme « contrainte calculée » désigne la contrainte calculée pour une charge théorique considérée comme suspendue à l'organe de levage (simulation).
Une contrainte peut être calculée conformément à une norme et/ou à une directive qui s'applique sur le territoire où la grue doit entrer en service. Par exemple, la directive machine CE-89/392, la norme FEM.1 .001 et la norme EN14439 s'appliquent en Europe.
Les contraintes maximales prédéterminées peuvent être imposées par une norme et/ou par une directive applicable. En général, une norme ou une directive impose des contraintes admissibles à ne pas dépasser, en appliquant le cas échéant un coefficient de sécurité à la limite d'élasticité du matériau considéré.
Alternativement, les contraintes maximales prédéterminées peuvent être fixées par le concepteur de la grue ou par l'utilisateur de la grue de manière plus stricte qu'avec la norme ou directive applicable.
Par ailleurs, les contraintes maximales prédéterminées peuvent être calculées pour ne pas dépasser des efforts maximaux en sollicitation statique et/ou pour ne pas dépasser des amplitudes d'efforts maximaux nécessaires aux analyses en fatigue.
Après avoir trouvé la charge théorique pour chaque portée sélectionnée, une étape de définition consiste à définir une courbe de charges indiquant les charges théoriques trouvées en fonction des portées sélectionnées. Ainsi, on peut définir une courbe de charges optimale en prenant en compte tous ou presque tous les éléments de la structure.
Selon une variante, l'étape de simulation met en œuvre un logiciel de dessin assisté par ordinateur pour concevoir la flèche.
Selon une variante, la courbe de charges peut inclure la masse du chariot, la masse du crochet, la masse du moufle, la masse du câble et la masse de l'actionneur configuré pour entraîner le câbleet/ou le chariot. Ainsi, la courbe de charges indique directement la charge utile que peut soulever la flèche.
Selon un mode de réalisation, la structure comprend un treillis, les éléments comprenant des barres agencées pour former le treillis.
Alternativement ou complémentairement à ce mode de réalisation, la structure peut comprendre un caisson, lesdits éléments comprenant des plaques agencées de façon à former le caisson. Chaque plaque forme un élément structurel, c'est-à-dire un élément de la structure. Le caisson peut être formé de plusieurs tronçons assemblés entre eux de façon à composer la flèche.
Selon une variante, au cours de l'étape de sélection de plusieurs éléments à tester, on sélectionne une partie des éléments. En d'autres termes, on sélectionne plusieurs éléments mais pas tous les éléments de la structure. Ensuite, on réaliser les étapes d'analyse sur les éléments à tester qui ont été sélectionnés. Ainsi, une telle étape de sélection limite le nombre de calculs à faire lors des étapes d'analyse. Par exemple, on peut sélectionner 80% ou 90% des barres formant le treillis d'une flèche.
Alternativement à cette variante, on peut sélectionner tous les éléments de la structure. Par exemple, on peut sélectionner 100% des barres formant le treillis d'une flèche.
Selon un mode de réalisation, au cours de l'étape de sélection de plusieurs portées, les portées sont sélectionnées selon une répartition régulière le long de la flèche.
Ainsi, une telle répartition régulière des portées permet de définir une courbe de charges optimisée tout le long de la flèche.
Selon un mode de réalisation, les portées sont espacées deux à deux d'un intervalle compris entre 0,5% et 10%, de préférence entre 1 % et 2%, de la longueur de la flèche.
Ainsi, un tel intervalle entre portées permet de définir une courbe de charges optimisée tout le long de la flèche, tout en limitant le nombre de calculs nécessaires pour définir une courbe de charges.
Alternativement aux deux modes de réalisation précédent, les portées peuvent être sélectionnées selon une répartition irrégulière le long de la flèche. Par exemple, pour un ensemble de portées petites, l'intervalle entre deux portées petites peut être relativement grand, tandis que, pour un ensemble de portées grandes, l'intervalle entre deux portées grandes peut être relativement petit. Ainsi, on réduit le nombre d'étapes d'analyse nécessaires pour définir une courbe de charges..
Selon une variante, le procédé de définition comprend en outre une étape d'interpolation, dans laquelle les charges théoriques trouvées pour les différentes portées sont interpolées de façon à définir la courbe de charges. Ainsi, une telle étape d'interpolation permet de limiter le nombre de calculs nécessaires pour définir une courbe de charges. Selon un mode de réalisation, au cours de l'étape de calcul des contraintes calculées, on calcule des contraintes calculées pour un mode de sollicitation sélectionné dans le groupe constitué de la traction, du cisaillement, de la compression, du flambage, de la torsion et de la flexion.
Ainsi, ces contraintes calculées permettent d'utiliser la flèche au maximum de ses capacités pour au moins un mode de sollicitation.
Les contraintes maximales prédéterminées peuvent découler de différents modes de sollicitation, par exemple d'un mode de traction, d'un mode de cisaillement, d'un mode de compression y compris d'un mode de flambage, d'un mode de flexion, d'un mode de torsion, ou encore d'un mode combiné d'au moins deux de ces différents modes de sollicitations.
Ainsi, ces contraintes calculées permettent d'utiliser la flèche au maximum de ses capacités pour plusieurs modes de sollicitation.
Par exemple, des contraintes calculées peuvent être calculées pour tous ces modes de sollicitation : traction, cisaillement, compression, flambage torsion et/ou flexion. Dans cette variante, on sélectionne plusieurs contraintes maximales prédéterminées correspondant aux modes de sollicitation sélectionnés.
Selon un mode de réalisation, au cours de l'étape de sélection des contraintes maximales prédéterminées, chaque contrainte maximale prédéterminée est sélectionnée de façon à être comprise entre 90% et 100% d'une contrainte admissible respective.
En d'autres termes, chaque contrainte maximale prédéterminée est sélectionnée de façon à atteindre, pour chaque élément, un taux d'utilisation compris entre 90% et 100%. Dans la présente demande, le terme « taux d'utilisation » désigne le rapport entre une contrainte appliquée sur un élément et la contrainte admissible pour cet élément, laquelle est par exemple imposée par une norme ou directive. Ainsi, de telles contraintes maximales prédéterminées sont proches des contraintes admissibles. Donc la flèche peut être utilisée pratiquement au maximum des contraintes admissibles.
Selon un mode de réalisation, les étapes d'analyse sont réalisées initialement pour la plus grande portée sélectionnée, de façon à trouver d'abord la charge théorique pour la plus grande portée sélectionnée,
puis, au cours de l'étape de choix d'une charge théorique pour chaque autre portée sélectionnée, on choisit la charge théorique induisant, autour d'une extrémité de la flèche opposée à la plus grande portée, un moment égal au moment induit par la charge théorique trouvée pour la plus grande portée sélectionnée.
Ainsi, ces étapes d'analyse et cette étape de choix permettent de minimiser le nombre de calculs nécessaires. En général, la plus grande portée est sélectionnée approximativement égale à la longueur de la flèche.
Par ailleurs, la présente invention a pour objet un procédé de contrôle, pour contrôler la charge suspendue à une grue, le procédé de contrôle comprenant les étapes :
fournir une grue comprenant au moins :
o i) une flèche,
o ii) un organe de levage qui est configuré pour lever une charge et qui est mobile le long de la flèche successivement en plusieurs portées,
o iii) un dispositif d'évaluation configuré pour évaluer une grandeur représentative de la charge suspendue à l'organe de levage, et o iv) un dispositif de mesure configuré pour mesurer une grandeur représentative de la portée instantanée,
fournir un dispositif de contrôle comprenant une mémoire contenant la courbe de charges définie suivant un procédé de définition selon l'invention,
évaluer, au moyen du dispositif d'évaluation, une grandeur représentative de la charge suspendue à l'organe de levage,
mesurer, au moyen du dispositif de mesure, une grandeur représentative de la portée instantanée,
- communiquer au dispositif de contrôle des signaux de commande destinés à commander au moins un mouvement de l'organe de levage parmi : i) un mouvement de levage pour lever une charge cible et ii) un mouvement de distribution pour déplacer l'organe de levage vers une portée cible,
- comparer la charge cible avec la charge théorique indiquée pour la portée cible par la courbe de charges, et
si la charge cible est supérieure à ladite charge théorique indiquée pour la portée cible, restreindre ledit au moins un mouvement de l'organe de levage.
Ainsi, un tel procédé de contrôle permet de garantir automatiquement la sécurité de la grue. Selon un mode de réalisation, l'étape de restriction comprend : i) une étape d'empêchement dans laquelle on empêche ledit au moins un mouvement de l'organe de levage, et ii) une étape d'avertissement dans laquelle le dispositif de contrôle communique un avertissement de dépassement avertissant que la charge cible est excessive pour la portée cible.
Ainsi, une telle étape de restriction permet d'arrêter tout mouvement de la charge suspendue au cas où le dispositif de contrôle anticipe un dépassement de la courbe de charges.
Alternativement au mode de réalisation précédent, l'étape de restriction peut comprendre : i) une étape de limitation dans laquelle on déplace l'organe de levage jusqu'à une portée inférieure à la portée cible. Ainsi, au cas où le dispositif de contrôle anticipe un dépassement de la courbe de charges, une telle étape de limitation permet d'autoriser en partie seulement un mouvement de la charge suspendue dans la mesure permise par la courbe de charges.
Selon un mode de réalisation, le dispositif d'évaluation comprend au moins un organe de mesure séléctionné dans le groupe constitué par un codeur électronique et un potentiomètre de déplacement.
Ainsi, un tel organe de mesure permet de mesurer précisément la portée instantanée.
De plus, la présente invention a pour objet un dispositif de contrôle comprenant :
une mémoire contenant la courbe de charges définie suivant un procédé de définition selon l'invention, et
une unité de calcul configurée pour réaliser un procédé de contrôle selon l'invention.
Ainsi, un tel dispositif de contrôle permet de garantir automatiquement la sécurité de la grue.
Selon une variante, le dispositif de contrôle peut appartenir à la grue. Par exemple, le dispositif de contrôle peut être intégré à un système de commande de la grue, laquelle peut être installée dans une cabine de commande de la grue. La présente invention a aussi pour objet une grue comprenant un système de commande, le système de commande intégrant un tel dispositif de contrôle. Alternativement à cette variante, le dispositif de contrôle peut être distant de la grue. Par exemple, le dispositif de contrôle peut être intégré dans une télécommande configurée pour commander la grue depuis le sol.
Par ailleurs, la présente invention a pour objet une grue comprenant un tel dispositif de contrôle.
Les modes de réalisation et les variantes mentionnés ci-avant peuvent être pris isolément ou selon toute combinaison techniquement possible.
La présente invention sera bien comprise et ses avantages ressortiront aussi à la lumière de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux figures annexées, dans lesquelles des signes de références identiques correspondent à des objets structurellement et/ou fonctionnellement identiques ou similaires. Dans les figures annexées :
- la figure 1 est une vue schématique illustrant une partie d'une grue comprenant un dispositif de contrôle mettant en œuvre un procédé de contrôle conforme à l'invention, à partir d'une courbe de charges définie selon un procédé de définition conforme à l'invention ;
- la figure 2 est un organigramme illustrant un procédé de définition conforme à l'invention ;
les figures 3 et 4 sont des vues schématiques illustrant la flèche de la figure 1 respectivement au cours de deux étapes du procédé de définition de la figure 2 ;
- la figure 5 est un diagramme représentant une courbe de charges définies suivant le procédé de définition de la figure 2 ;
la figure 6 est une vue d'un procédé de contrôle conforme à l'invention ; et
- la figure 7 est une vue d'un dispositif de contrôle conforme à l'invention et configuré pour mettre en œuvre le procédé de contrôle de la figure 6.
La figure 1 illustre une grue 1 comprenant une flèche 2 et une tour 3 qui supporte la flèche 2. La flèche 2 est articulée par rapport à la tour 3 notamment autour d'un axe 2.3. La flèche 2 comprend une structure 4. La structure 4 est composée de plusieurs éléments 5. Chaque élément 5 forme un élément structurel, c'est-à-dire un élément de la structure 4.
Dans l'exemple de la figure 1 , la structure 4 comprend un treillis et les éléments 5 comprennent des barres agencées pour former ce treillis. Chaque élément 5 est ici un tronçon de la structure 4 comportant plusieurs barres.
La grue 1 comprend en outre un organe de levage 8. L'organe de levage 8 est configuré pour lever une charge 10. Comme le montre la figure 1 , l'organe de levage 8 comprend ici un chariot, un crochet, un moufle, un câble et un actionneur configuré pour entraîner le câble et le chariot.
Grâce à l'actionneur et au chariot, l'organe de levage 8 est mobile le long de la flèche 2 successivement en plusieurs portées L. L'organe de levage 8 est à la portée minimale lorsqu'il se trouve au plus près de la tour 3. L'organe de levage 8 est à la portée maximale lorsqu'il se trouve au plus loin de la tour 3.
La figure 2 illustre un procédé de définition 100 pour définir une courbe de charges pour une grue 1 . Le procédé de définition 100 comprend une étape de simulation 102, dans laquelle on simule la grue 1 comprenant l'organe de levage 8 et la flèche 2. L'étape de simulation 102 peut mettre en œuvre un logiciel de dessin assisté par ordinateur pour concevoir la flèche 2. Dans cette étape de simulation, la structure 4 est décomposée en plusieurs éléments 5. Cette étape 102 de simulation peut être en outre opérée au moyen d'un ordinateur, non représenté, qui est équipé d'un programme conçu pour effectuer des calculs analytiques.
Le procédé de définition 100 comprend en outre une étape 104 de sélection d'éléments à tester 6, dans laquelle on sélectionne plusieurs éléments à tester 6 parmi les éléments 5. Dans l'exemple de la figure 2, on sélectionne la plupart des éléments 5 de la structure 4 en tant qu'éléments à tester 6. On peut ici sélectionner 90% des barres formant le treillis de la flèche 2. Cette étape 104 de sélection d'éléments à tester 6 peut être opérée au moyen de l'ordinateur.
De plus, le procédé de définition 100 comprend une étape 108 de sélection de contraintes, dans laquelle, pour chaque élément à tester 6, on sélectionne des contraintes maximales prédéterminées, de façon à définir dans un ensemble de contraintes maximales prédéterminées. Pour une grue 1 destinée à servir en Europe, les contraintes maximales prédéterminées peuvent être sélectionnées à 90% des contraintes admissibles imposées par la directive machine CE-89/392, la norme FEM.1 .001 et la norme EN14439.
Cette étape 108 de sélection de contraintes peut être opérée au moyen de l'ordinateur, de sorte que l'ensemble de contraintes maximales prédéterminées peut être enregistré dans cet ordinateur. Les contraintes maximales prédéterminées peuvent être sélectionnées de façon à atteindre, pour chaque élément 5, un taux d'utilisation d'environ 90%.
Le procédé de définition 100 comprend en plus une étape 1 10 de sélection de portées L, dans laquelle on sélectionne plusieurs portées L le long de la flèche 2. Au cours de cette étape de sélection 1 10 de plusieurs portées L, les portées L sont sélectionnées selon une répartition régulière le long de la flèche 2. Les portées sélectionnées L sont espacées deux à deux d'un intervalle 9 environ égal à 1 ,5% de la longueur de la flèche 2, soit ici environ 1 m. Cette étape 1 10 de sélection de portées peut être opérée au moyen de l'ordinateur.
Puis, dans le procédé de définition 100, on opère, à chaque portée L sélectionnée dans l'étape 1 10, les étapes d'analyse 1 12 décrites ci-après. Les étapes d'analyse 1 12 peuvent être opérées au moyen de l'ordinateur.
Pour commencer, on opère les étapes d'analyse 1 12 pour une première portée L, par exemple pour la plus grande portée sélectionnée (par exemple la portée maximale) le long de la flèche 2. Les étapes d'analyse 1 12 comprennent :
• une étape de choix 1 12.1 , dans laquelle on choisit une charge théorique à suspendre à l'organe de levage 8 ; cette charge théorique est choisie arbitrairement ;
· une étape de calcul 1 12.2, dans laquelle on calcule des contraintes qui sont induites par la charge théorique dans chaque élément à tester 6, ici pour plusieurs modes de sollicitation parmi la traction, le cisaillement, la compression, le flambage, la torsion et la flexion ; et
• une étape de comparaison 1 12.3, dans laquelle, pour chaque élément à tester 6, on compare les contraintes calculées avec des contraintes maximales prédéterminées respectives.
Ensuite, les étapes d'analyse 1 12 comprennent :
• soit une étape d'incrémentation 1 1 2.41 , dans laquelle, si au moins une des contraintes calculées est inférieure à une contrainte maximale prédéterminée respective, on incrémente la charge théorique ; • soit une étape de décrémentation 1 12.42, dans laquelle, si au moins une des contrainte calculée est supérieure à une contrainte maximale prédéterminée respective, on décrémente la charge théorique.
Puis, les étapes d'analyse 1 12 comprennent une étape d'itération 1 12.5, dans laquelle on répète :
i) l'étape de calcul (1 1 2.2) et
ii) l'étape de comparaison (1 12.3) et
soit iii) l'étape d'incrémentation (1 1 2.41 ),
soit iii) l'étape de décrémentation (1 12.42)
jusqu'à trouver la charge théorique maximale pour laquelle les contraintes calculées sont sensiblement égales aux contraintes maximales prédéterminées respectives.
Le nombre d'étapes d'itération 1 12.5 dépend de la charge théorique choisie lors de l'étape de choix 1 12.1 et de l'incrément de la charge théorique. Un petit incrément nécessitera plus d'étapes d'itération 1 12.5 qu'un un grand incrément, mais un petit incrément aboutira à une charge théorique définie avec plus de précision qu'un grand incrément.
Afin de minimiser le nombre de calculs nécessaires, au cours de l'étape de choix 1 12.1 d'une charge théorique pour chaque autre portée, on peut choisir la charge théorique induisant, autour d'une extrémité de la flèche 2 opposée à la plus grande portée, un moment égal au moment induit par la charge théorique trouvée pour la plus grande portée sélectionnée.
Après avoir trouvé la charge théorique maximale pour la portée L, le procédé de définition 100 comprend une étape d'enregistrement 1 12.6, dans laquelle on enregistre dans une mémoire de l'ordinateur un groupe de valeurs comprenant i) la portée L et ii) la charge théorique maximale pour laquelle les contraintes calculées sont sensiblement égales aux contraintes maximales prédéterminées respectives. Ainsi, une charge théorique maximale est associée à chaque portée L dans la mémoire.
Ensuite, comme l'indique la flèche 1 1 1 à la figure 2, on change de portée L, puis on réalise à nouveau les étapes d'analyse 1 12 pour la portée suivante, et ainsi de suite pour toutes les portées L sélectionnées lors de l'étape 1 10 de sélection. Après avoir réalisé les étapes d'analyse 1 12 pour toutes les portées L sélectionnées, on obtient un ensemble qui contient les groupes de valeurs {portée L ; charge théorique maximale}. Cet ensemble de valeurs permet de définir une courbe de charges optimisée 50, visible à la figure 5. Ainsi, après avoir trouvé la charge théorique pour chaque portée L sélectionnée, une étape de définition 1 14 consiste à définir la courbe de charges 50 indiquant :
- sur l'axe des ordonnées : les charges utiles 10+8 (en tonnes métriques), déduites des charges théoriques trouvées,
- sur l'axe des abscisses : les portées L (en mètres).
La charge utile 10+8 est ici la somme de la charge théorique trouvée et de la masse de l'organe de levage 8 (chariot, crochet, moufle, câble et actionneur).
Pour comparaison, la figure 5 illustre une courbe de charges 49 qui a été obtenue par une méthode de l'état de la technique en conservant le moment de charge maximal constant. La courbe de charges 50 obtenue par le procédé de définition 1 00 conforme à l'invention est optimisée par rapport à la courbe de charges 49 de l'état de la technique. En effet, la courbe de charges 50 permet de soulever des charges utiles plus lourdes à toutes les portées L.
Par ailleurs, la figure 3 illustre un procédé de contrôle 200, pour contrôler la charge suspendue à la grue 1 . Le procédé de contrôle 200 comprend une étape de fourniture 202, dans laquelle on fournit la grue 1 comprenant :
i) la flèche 2,
- ii) l'organe de levage 8,
iii) un dispositif d'évaluation 20 qui est configuré pour évaluer la masse de la charge 10 suspendue à l'organe de levage 8 ; le dispositif d'évaluation 20 comprend ici un codeur électronique, et
iv) un dispositif de mesure 22 qui est configuré pour mesurer la la longueur de la portée instantanée L.
Le procédé de contrôle 200 comprend en outre une étape de fourniture 204, dans laquelle on fournit un dispositif de contrôle 24, visible à la figure 7, comprenant une mémoire 26 qui contient la courbe de charges 50 définie suivant le procédé de définition 100. Comme le montre la figure 7, le dispositif de contrôle 24 comprend en outre une unité de calcul 28 qui est configurée pour réaliser le procédé de contrôle 200. Dans l'exemple des figures, le dispositif de contrôle 24 est intégré dans un système de commande 25 installé sur la grue 1 .
Le système de commande 25 comprend en outre une commande d'arrêt 29 et des capteurs de positions 27 qui sont configurés pour générer des signaux représentatifs respectivement de la position du chariot, de la position angulaire de la flèche 2 par rapport à la tour 3, de la position du crochet, de la position du moufle et de la position de la charge 1 0.
Le procédé de contrôle 200 comprend en outre les étapes suivantes :
206 : évaluer, au moyen du dispositif d'évaluation 20, la masse de la charge 10 suspendue à l'organe de levage 8,
208 : mesurer, au moyen du dispositif de mesure 22, la longueur de la portée instantanée L,
210 : communiquer au dispositif de contrôle 24 des signaux de commande destinés à commander au moins un mouvement de l'organe de levage 8 parmi : i) un mouvement de levage pour lever une charge cible et ii) un mouvement de distribution pour déplacer l'organe de levage 8 vers une portée cible,
212 : comparer la charge cible avec la charge théorique indiquée pour la portée cible par la courbe de charges 50, et
214 : si la charge cible est supérieure à la charge théorique indiquée pour la portée cible, restreindre le mouvement de l'organe de levage 8.
En particulier, l'étape de restriction 214 comprend : i) une étape d'empêchement 214.1 dans laquelle on empêche ledit au moins un mouvement de l'organe de levage 8, et ii) une étape d'avertissement 214.2 dans laquelle le dispositif de contrôle 24 communique un avertissement de dépassement avertissant que la charge cible est excessive pour la portée cible.
Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers décrits dans la présente demande de brevet, ni à des modes de réalisation à la portée de l'homme du métier. D'autres modes de réalisation peuvent être envisagés sans sortir du cadre de l'invention, à partir de tout élément équivalent à un élément indiqué dans la présente demande de brevet.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de définition (100), pour définir une courbe de charges (50) pour une grue (1 ), le procédé de définition (100) comprenant les étapes :
(102) simuler une grue (1 ) comprenant au moins :
o i) une flèche (2) comprenant une structure (4) composée de plusieurs éléments (5), et
o ii) un organe de levage (8) qui est configuré pour lever une charge (10) et qui est mobile le long de la flèche (2) successivement en plusieurs portées (L),
(104) sélectionner plusieurs éléments à tester (6),
(108) pour chaque élément à tester (6), sélectionner au moins une contrainte maximale prédéterminée respective,
- (1 10) sélectionner plusieurs portées (L) le long de la flèche (2), et
(1 12) à chaque portée (L), réaliser les étapes d'analyse suivantes :
• (1 12.1 ) choisir une charge théorique à suspendre à l'organe de levage (8),
• (1 12.2) calculer des contraintes qui sont induites par la charge théorique dans chaque élément à tester (6),
• (1 12.3) pour chaque élément à tester (6), comparer les contraintes calculées avec les contraintes maximales prédéterminées respectives,
• (1 12.41 ) incrémenter la charge théorique si au moins une des contraintes calculées est inférieure à une contrainte maximale prédéterminée respective,
• (1 12.42) décrémenter la charge théorique si au moins une des contraintes calculées est supérieure à une contrainte maximale prédéterminée respective,
• (1 12.5) répéter i) l'étape de calcul (1 12.2) et ii) l'étape de comparaison (1 12.3) et l'une parmi iii) l'étape d'incrémentation (1 12.41 ) et iii) l'étape de décrémentation (1 12.42) jusqu'à trouver la charge théorique maximale pour laquelle les contraintes calculées sont sensiblement égales aux contraintes maximales prédéterminées respectives, et
• (1 12.6) enregistrer dans une mémoire un groupe de valeurs comprenant i) la portée (L) et ii) la charge théorique maximale pour laquelle les contraintes calculées sont sensiblement égales aux contraintes maximales prédéterminées respectives.
2. Procédé de définition (100) selon la revendication précédente, dans lequel la structure (4) comprend un treillis, les éléments (5) comprenant des barres agencées pour former le treillis.
3. Procédé de définition (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, au cours de l'étape de sélection (1 10) de plusieurs portées (L), les portées (L) sont sélectionnées selon une répartition régulière le long de la flèche (2).
4. Procédé de définition (100) selon la revendication précédente, dans lequel les portées (L) sont espacées deux à deux d'un intervalle compris entre 0,5% et 10%, de préférence entre 1 % et 2%, de la longueur de la flèche (2).
5. Procédé de définition (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, au cours de l'étape de calcul des contraintes calculées (1 12.2), on calcule des contraintes calculées pour un mode de sollicitation sélectionné dans le groupe constitué de la traction, du cisaillement, de la compression, du flambage, de la torsion et de la flexion.
6. Procédé de définition (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, au cours de l'étape de sélection
(108) des contraintes maximales prédéterminées, chaque contrainte maximale prédéterminée est sélectionnée de façon à être comprise entre 90% et 100% d'une contrainte admissible respective.
7. Procédé de définition (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les étapes d'analyse (1 12) sont réalisées initialement pour la plus grande portée sélectionnée, de façon à trouver d'abord la charge théorique pour la plus grande portée sélectionnée, puis dans lequel, au cours de l'étape de choix (1 1 2.1 ) d'une charge théorique pour chaque autre portée sélectionnée, on choisit la charge théorique induisant, autour d'une extrémité de la flèche (2) opposée à la plus grande portée, un moment égal au moment induit par la charge théorique trouvée pour la plus grande portée sélectionnée.
8. Procédé de contrôle (200), pour contrôler la charge suspendue à une grue (1 ), le procédé de contrôle (200) comprenant les étapes :
(202) fournir une grue (1 ) comprenant au moins :
o i) une flèche (2),
o ii) un organe de levage (8) qui est configuré pour lever une charge et qui est mobile le long de la flèche (2) successivement en plusieurs portées (L),
o iii) un dispositif d'évaluation (20) configuré pour évaluer une grandeur représentative de la charge suspendue à l'organe de levage (8), et
o iv) un dispositif de mesure (22) configuré pour mesurer une grandeur représentative de la portée instantanée (L),
(204) fournir un dispositif de contrôle (24) comprenant une mémoire contenant la courbe de charges (50) définie suivant un procédé de définition (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, (206) évaluer, au moyen du dispositif d'évaluation (20), une grandeur représentative de la charge suspendue à l'organe de levage (8),
(208) mesurer, au moyen du dispositif de mesure (22), une grandeur représentative de la portée instantanée (L),
(210) communiquer au dispositif de contrôle (24) des signaux de commande destinés à commander au moins un mouvement de l'organe de levage (8) parmi : i) un mouvement de levage pour lever une charge cible et ii) un mouvement de distribution pour déplacer l'organe de levage (8) vers une portée cible,
(212) comparer la charge cible avec la charge théorique indiquée pour la portée cible par la courbe de charges (50), et
(214) si la charge cible est supérieure à ladite charge théorique indiquée pour la portée cible, restreindre ledit au moins un mouvement de l'organe de levage (8).
9. Procédé de contrôle (200) selon la revendication précédente, dans lequel l'étape de restriction (214) comprend : i) une étape d'empêchement (214.1 ) dans laquelle on empêche ledit au moins un mouvement de l'organe de levage (8), et ii) une étape d'avertissement (214.2) dans laquelle le dispositif de contrôle (24) communique un avertissement de dépassement avertissant que la charge cible est excessive pour la portée cible.
10. Procédé de contrôle (200) selon l'une quelconque des revendications 8 à 9, dans lequel le dispositif d'évaluation (20) comprend au moins un organe de mesure séléctionné dans le groupe constitué par un codeur électronique et un potentiomètre de déplacement.
1 1 . Dispositif de contrôle (24) comprenant :
une mémoire (26) contenant la courbe de charges (50) définie suivant un procédé de définition (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, et
une unité de calcul (28) configurée pour réaliser un procédé de contrôle (200) selon l'une quelconque des revendications 8 à 10.
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