Type de grue CCIM-3

Motorisation.

L'article exposé présente la modification d'un système de variation de portée de grues portuaires, construites dans les années soixante. Deux types de grues sont concernées des mono câbles pour le travail au crochet, et des quatre câbles qui travaillent au crochet et à la benne. A l’origine la flèche de variation de portée était manœuvrée par un système mécanique à crémaillère devenu obsolète. Après l' analyse fonctionnelle du système, le choix s’est porté sur une motorisation hydraulique. Elle donnera un confort de conduite accru par rapport au système mécanique initial.

Fonctionnement.

Photo du mécanisme:

implantation du vérin

Chaine cinématique:

Les croquis (a et b) qui suivent représentent la chaîne cinématique de la grue

  1. croquis-a : Il représente la grue en position (matée) à la portée minimum à 9,5m par rapport à l'axe de la grue. On constate que le contrepoids d’équilibrage de la flèche avec sa poulie qui supporte le câble de levage est en position base.
  2. croquis-b :  Il représente la grue en position ( démâtage) à la portée maximum de 22m. le contrepoids d’équilibrage de la flèche avec sa poulie qui supporte le câble de levage s'est déplacés en position haute. Le déplacement du contrepoids d’équilibrage pendant la manœuvre de la flèche a pour effet d’allonger le cheminement du câble de levage et de changer la direction des forces qui agissent sur la poulie du cable de levage.

Ce système engendre deux avantages déterminants.

  1. permettre à la charge de garder un déplacement quasiment horizontal malgré la variation de hauteur de la poulie de tête de flèche en fonction de la portée.
  2. d’exercer une force supplémentaire proportionnelle à la charge soulève qui varie en sens et intensité en fonction de l’inclinaison de la flèche. Elle s’ajoute à celle créée par le contrepoids d’équilibrage ; ceci afin de conserver un effort raisonnable pour manœuvrer la flèche. Ses valeurs sont représentées par les courbes d’équilibrage.

On distingue principalement sur la photo :

  1. le contrepoids d’équilibrage avec ses quatre poulies des câbles de levage (deux câbles servent à la fermeture et deux à la suspension). Il circule sur deux rail fixé de chaque coté sur la structure arrière de la grue.
  2. le vérin de manœuvre équipé de son bloc hydraulique de contrôle. Le corps du vérin est fixé sur la structure de la grue par un système de cardan à rotule. La tige du vérin est liée à la flèche au moyen d’une chape rotulée. Nous avons opté pour ce type de fixation afin d’éliminer toute contrainte dans la charpente et l’organe de manœuvre.
  3. la partie basse de la flèche de la grue où vient s’accrocher la chape à rotule de la tige du vérin.

Fonctionnement recherché:

Les efforts mécaniques au point d’attache du vérin sont réversibles, grace système d’équilibrage par contrepoids mobile qui circule dans la charpente, et à la forme des rails de guidage (voir diagramme). Le graphique représente les efforts mécaniques au point d’attache du vérin.

  1. courbe jaune sans vent
  2. courbe bleu avec un vent de face de 70 km/h
  3. : courbe violette avec un vent arrière de 70 km/h

La lecture du diagramme indique, que lorsque la flèche est positionnée à 9 mètres de portée on à tendance à comprimer la tige du vérin avec une force maximum d’environ 2000daN, et au fur et à mesure que la portée croit cette force diminue pour s'annuler à 12 mètres de portée environ; puis change de sens (traction) pour atteindre environ 6000daN à la portée maximum de 22 mètres. Les câbles de levage passent à l’intérieur du contre poids, et charge celui-ci proportionnellement à la portée et à la masse pendue. L’équilibrage du mécanisme de flèche ne varie peu. Que l’on soit en charge ou à vide. Par conséquent les efforts au vérin aussi. On comprend bien le rôle important du contrepoids dans l’équilibrage de la flèche, si l’on isole l’action du contrepoids, le vérin supporte tous les efforts. D’où l’importance de pouvoir contrôler les efforts de traction et de poussée qui agissent sur le vérin.

Hypothèses de dysfonctionnement:

  1. Contrepoids coincé:

Il faut impérativement limiter la force de poussée et de traction du vérin, sinon les efforts admissibles sur la charpente seraient dépassés.

  1. Câbles de levage coincé:

Lors d’une opération de levage avec la benne vide ou au crochet en ayant les câbles de levage emmêlés entre eux ou coincé dans les poulies de tête de flèche, on introduit un couple parasite qui engendre un effort de compression important dans le vérin et la charpente qu’il faut limiter. Toutes ces fonctions de contrôles d’effort seront réalisées par le bloc foré

Type de circuit:

  • circuit ouvert:

Le contrôle des charges motrices est réalisé au moyen de soupape d'équilibrage. Se composant présente l'inconvénient d'avoir un système de temporisation qui controle l'ouverture et la fermeture du tiroir de régulation; indispensable lorsque les masses et les inerties à contrôler sont importantes. Cette temporisation a pour but d'éviter l'ouverture brutale du tiroir de régulation qui entraînerait un mouvement trop rapide. se qui provoquerait la chutte de la pression de pilotage, et la refermeture tiroir de régulation et ainsi de suite. Si ce phénomène de pompage n'est pas métriser il peut provoquer de sérieuse dommage sur l'installation. Sur certaines de nos installations le temps de réaction (démarrage) atteind 2 à 3 secondes. Ce retard provoque un désagrément de conduite non négligeable. Qu'il faut prendre en compte. Un autre inconvénient à prendre en considération. C'est que l'énergie motrice est directement transformée en chaleur.

  • circuit fermé :

Dans ce type de circuit la pompe hydraulique via le moteur électrique contrôle la charge motrice. La pompe devient alors moteur est entraîne le générateur électrique qui à son tour débite sur le réseau électrique. Ce type de circuit est sélectionné pour alimenter le vérin de manoeuvre de la volée variable des grues à rénover.

Avantage:

Le temps de démarrage est directement lié à la mise en débit de la pompe principale (circuit fermé). L'énergie récupérée n'est pas transformée en chaleur comme dans le cas du circuit ouvert, mais récupérée sur le réseau de distribution électrique.

inconvénients:

Lorsque les clapets logiques de blocage -Rep7- sont ouvert pendant la manœuvre du vérin, il n'y a plus de composant hydraulique de sécurité entre le bloc foré et la pompe hydraulique principale. S'il se produisait une rupture de canalisation il y aurrait la perte de contrôle de la charge menante. Le circuit est donc équipé de manocontacts qui surveillent en permanence les pressions de service de l'installation. Ils commandent l'alimentation des électro distributeurs de pilotage -Rep5- en cas d' une quelconque défaillance , afin d'immobiliser le vérin de manœuvre.

haut

Courbe du débit excédentaire pendant la sortie du vérin ici.

Les butées mécaniques de la pompe de compensation sont calées pour régler une cylindrée minimale de15cm3/tr, et une cylindrée maximale de 70cm3/tr La courbe représente le débit évacué par le limiteur de pression -Rep4-, à l’arrêt et pendant la sortie du vérin en fonction de la variation de la pression de pilotage.  Lorsque le groupe hydraulique est en marche la pompe hydraulique de compensation débite 22l/mn. Lorsque différentes vitesses sont réglées par le potentiomètre de commande la pression de pilotage varie de 6 à 16 bars, et le débit évacué par le limiteur de pression suit le graphe.

Courbe du débit excédentaire pendant la rentrée du vérin ici

La courbe ci-dessus représente le débit qui retourne au réservoir au travers du limiteur de pression Rep4, lorsque le vérin rentre pour des vitesses différentes réglées par le potentiomètre de commande la pression de pilotage varie de 6 à 16 bars, et le débit évacué par le limiteur de pression suit l’évolution tracée par le graphe.

  • SCHEMA HYDRAULIQUE.schéma complet

 

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