Représentation schématique de la chaîne cinématique :

Transcription

1 L étude que nous avons réalisée porte sur la modification d un système de variation de portée de grues portuaires, construites dans les années soixante. Deux types de grues sont concernés 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 une analyse fonctionnelle mécanique et de conduite, le choix s est porté sur une motorisation hydraulique elle donnera un confort de conduite accru par rapport au système mécanique initial. Représentation schématique de la chaîne cinématique : Les deux croquis (a et b) qui suivent représentent la chaîne cinématique de la grue 1 ère le croquis (a) : Il représente la grue en position de matage minimum soit à 9,5m de portée. On constate que le contre poids d équilibrage de la flèche avec sa poulie qui supporte le câble de levage sont en position base. 2 ème le croquis (b) : Il représente la grue en position de démâtage maximum soit 22,5m de portée. On s aperçoit que le contre poids d équilibrage de la flèche avec sa poulie qui supporte le câble de levage se sont déplacés en position haute. Le déplacement du contre poids d équilibrage pendant la manœuvre de la flèche a pour effet de changer et d allonger le cheminement du câble de levage. Ce système engendre deux avantages déterminant. 1 ère : permettre à la charge de garder un déplacement quasiment horizontal malgré la variation de hauteur de la poulie de tète de flèche en fonction de la portée. 2 ème : 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 contre poids d équilibrage ; ceci afin de conserver un effort raisonnable pour la manœuvre de la flèche (voir courbes d équilibrage).

2 FORCES d'équilibrage ramenées au VERIN charge à vide Courbe d équilibrage Croquis «a»

3 Croquis «b»

4 On distingue principalement sur la photo ci-dessus : 1 ère : le contre poids d équilibrage avec ses quatre poulies des câbles de levage (Il y a deux câbles de fermeture et deux de suspension c est une grue à benne). Il circule sur deux rail fixé de chaque coté sur la structure de la charpente. 2 ème : le vérin de manœuvre équipé de sont bloc hydraulique de contrôle. Le corps du vérin est fixé sur la structure de la grue par un cardan à rotule. La tige du vérin est liée à la flèche au moyen d une chape à rotule. Nous avons opté pour ce type de fixation afin d éliminer toute contrainte dans la charpente et l organe de manœuvre. 3 ème : la partie basse de la flèche de la grue où vient s accrocher la chape à rotule de la tige du vérin.

5 Titre de l'axe forces Fonctionnement recherché : Les efforts mécaniques au point d attache du vérin sont réversibles, grâce au système d équilibrage par contre poids mobile placé dans la queue de pie et à la forme des rails de guidage (voir diagramme). forces au vérin 1 000,00 0, , , , , , ,00 portée effort au vérin 2000, ,00 0, , , , , , ,00 Le graphique ci-dessous représente les efforts mécaniques au point d attache du vérin 1 ère : courbe jaune sans vent 2 ème : courbe bleu avec un vent de face de 70 km/h 3 ème : courbe violette avec un vent arrière de 70 km/h

6 La lecture des diagrammes (a) montre que lorsque la flèche est positionnée à 9 mètres de portée on à tendance à comprimer la tige du vérin avec une force d environ 500daN, et au fur et à mesure que la portée croit cette force diminue pour devenir nulle à la portée 12 mètres environ; puis change de signe (traction) pour atteindre environ 5000daN à la portée 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 charge. 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 contre poids dans l équilibrage de la flèche, si l on isole l action du contre poids, c est le vérin qui reprend tous les efforts. D où l importance de pouvoir contrôler les efforts de traction et de poussée du vérin. Hypothèses de dysfonctionnement : Contre poids coincé : Il faut pouvoir limiter les forces de poussée et de traction du vérin, autrement les efforts admissibles sur la charpente seraient dépassés. 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 tète 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.

7 BLOC HYDRAULIQUE DE FLECHE Rep1 : clapet multiplicateur de pression avec prolongation d amortissement (Rapport de section 2/1), et sx/sa=1.5 Rep2 : limiteur de pression (clapet anti choc) Rep3 : limiteur de pression à action piloté (section annulaire) Rep4 : limiteur de pression à action piloté (section piston) Rep5 : électro-distrbuteur à clapet (pilotage des clapets logique) Rep6 : clapet anti retour (temporisation d ouverture des clapets logique) Rep7 : clapet logique avec prolongation d amortissement (Rapport de section 2/1) Rep8 : sélecteur de circuit (OU) Rep9 : clapet anti retour (limitation d effort) Rep10 : hydro-valve 3 Voies 2 Positions drainée externe pression de pilotage 10bars (sécurité hydraulique en cas de rupture de canalisation) Rep11 : clapet anti retour (surtarage en fonction de la pression de gavage)

8 1 ère à l arrêt : Le vérin est immobilisé par les deux clapets logiques Rep7. Il est protégé des efforts extérieurs par les deux limiteurs de pression Rep4. et Rep2. 2 ème mise en route du groupe moto-pompe : La pompe de compensation de débit fournit 22l/mn dés ça mise en marche. Ce débit arrive à l orifice (b) du bloc foré, ouvre le clapet logique Rep7. Alimente la section pleine du vérin, puis retourne au réservoir après avoir traversé le limiteur de pression à action piloté Rep4. ; Ce qui engendre une force hydraulique qui rend le mouvement entraînant quelle que soit la position du vérin. Cette pression est contrôlée en permanence par un mano-contact réglé à 40bars. En position matée la différence entre la force hydraulique et la force mécanique crée une pression supérieure à 40bars coté section annulaire du vérin, elle aussi est contrôlée par mano-contact. Il faut que cette pression soit toujours supérieure à celle de la pression de gavage de la pompe principale qui est de 20bars ; si elle devenait inférieure, ça occasionnera un dysfonctionnement.

9 ENSEMBLE POMPE HYDRAULIQUE Moteur électrique 30kw 1500tr/mn Pompe de compensation De 75 cm3/tr Double réducteur de Pression proportionnel De pilotage pompe circuit fermé de 125 cm3/tr avec pompe de gavage Manocontact de contrôle de la pression de gavage

10 COURBE DU DEBIT EXEDENTAIRE PENDANT LA SORTIE DU VERIN Les butées mécaniques de la pompe de compensation sont calées pour réglée une cylindrée minimale de15cm3/tr, et une cylindrée maximale de 70 cm3/tr La courbe ci-dessus représente le débit évacué par le limiteur de pression Rep4, à l arrêt et pendant la sortie du vérin pour différentes pressions de pilotages. 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 à16 bars, et le débit évacué par le limiteur de pression suit le graphe ci-dessus. debit debit/pression 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0, pression

11 COURBE DU DEBIT EXEDENTAIRE PENDANT LA RENTREE DU VERIN 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 ci-dessus. 120,00 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 0,

12 SCHEMA HYDRAULIQUE Vérin de flèche équipé de son bloc foré de contrôle, de son tenon de fixation à rotule sur le fut et de ça chape avant équipé d une rotule