EP4375227A1 - Procédé pour surveiller le fonctionnement d'un treuil, et en particulier le nombre de couches d'enroulement d'un câble sur un tambour de treuil - Google Patents

Procédé pour surveiller le fonctionnement d'un treuil, et en particulier le nombre de couches d'enroulement d'un câble sur un tambour de treuil Download PDF

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EP4375227A1
EP4375227A1 EP23209911.9A EP23209911A EP4375227A1 EP 4375227 A1 EP4375227 A1 EP 4375227A1 EP 23209911 A EP23209911 A EP 23209911A EP 4375227 A1 EP4375227 A1 EP 4375227A1
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EP
European Patent Office
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cable
drum
winding
winch
parameter
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Application number
EP23209911.9A
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German (de)
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EP4375227B1 (fr
Inventor
Frédéric LARGY
Thibaud Lauretti
Nicolas Nevers
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Manitowoc Crane Group France SAS
Original Assignee
Manitowoc Crane Group France SAS
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Publication date
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    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/28—Other constructional details
    • B66D1/40—Control devices
    • B66D1/48—Control devices automatic
    • B66D1/485—Control devices automatic electrical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B66C13/16—Applications of indicating, registering, or weighing devices
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    • 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
    • B66C23/62—Constructional features or details
    • B66C23/82—Luffing gear
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/28—Other constructional details
    • B66D1/30—Rope, cable, or chain drums or barrels

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring the operation of a winch, implementing continuous monitoring of the number of winding layers of a cable on a drum of the winch.
  • the invention finds a preferred, and non-limiting, application for a crane-type lifting device, and in particular a tower crane, an element-mounted crane, an automated assembly crane, a port crane and a mobile crane.
  • a cable transport device such as for example a cable car or a chairlift.
  • a lifting winch comprising a motor rotating a drum on which a cable, called a lifting cable, is wound, to move a suspended load on a hook attached to the cable, to move it up and down.
  • a distribution winch comprising a motor rotating a drum on which a cable, called a distribution cable, is wound, to move a distributor carriage in translation along an arrow, the lifting cable passing through this distributor trolley so that the load is suspended below the distributor trolley which thus ensures movement of the load along the boom.
  • a luffing winch comprising a motor rotating a drum on which a cable, called a luffing cable, is wound, which is connected to the jib to raise or lower the boom. -this in order to tilt it more or less between a lowered horizontal position and several raised positions.
  • the drum is driven by the motor via a reduction gear.
  • the cable can be wound on its drum on several winding layers, the number of which varies depending on the winding and unwinding of the cable; we then speak of a multi-layer drum.
  • the invention proposes to make this monitoring of the winch more reliable or improve by focusing on a parameter which is the number of layers of winding of the cable on the drum.
  • the invention proposes a method for monitoring the operation of a winch, this winch comprising a motor driving a drum on which a cable is wound, this cable being able to be wound on the drum on several winding layers whose number varies depending on the winding and unwinding of the cable, said number of cable winding layers being able to take different values between 1 and N, N being the maximum number of cable winding layers.
  • Such a method thus makes it possible to know in real time the number of winding layers of the cable on the drum, and therefore equivalently the winding layer in use, which is advantageous and useful information for improving the precision in the estimation of numerous parameters, such as a length of unwound or wound cable, a height under load, a load indicator, a cable winding fault on the drum, etc.
  • logging makes it possible to know for how long the cable has occupied zero layers, one layer, two layers, ... up to N layers, which is particularly useful for estimating whether the deepest layers ( layers 1 and 2 at least) have been reached and therefore determine a level of stress or use of the cable termination attached to the drum; we speak of a dead cable part for the terminal part of the cable which is not stressed or used.
  • the measurement of the first parameter consists of measuring a rotational speed of a pulley on which the cable circulates at the outlet of the drum, the linear speed of movement of the cable being deduced as a function of this rotational speed of the pulley and a geometry of the pulley.
  • the rotation speed of the pulley carrying the cable can for example be measured using a tachymetric system (optical, mechanical, inductive, or other).
  • the measurement of the second parameter consists of a direct measurement of the rotation speed of the drum or of a measurement of an output speed of the motor.
  • the rotation speed of the drum or the output speed of the motor can for example be measured using a tachometer system (optical, mechanical, inductive, or other).
  • the method implements a calculation of the linear speed of travel of the cable as a function of the first parameter, and a calculation of the rotation speed of the drum as a function of the second parameter, and the number of winding layers of the cable is determined based on a ratio between the linear running speed of the cable and the rotation speed of the drum.
  • this ratio between the linear running speed of the cable and the rotation speed of the drum is proportional to the radial distance (or the winding diameter) of the cable.
  • the method implements a determination of a length of unwound or wound cable as a function of the number of winding layers of the cable and a reference position.
  • the method implements an estimation of a cable damage index as a function of the cumulative usage times specific to each layer number.
  • the damage index is classified as critical when at least one of the cumulative usage times is less than a critical threshold over the given period of time.
  • an alarm is generated when the damage index is classified as critical; so as to alert an operator or manager that it is time to audit or even replace the cable.
  • An intermediate threshold greater than the critical threshold, can be provided to inform that the cable must be completely unwound in order to stress the dead cable part, and therefore prevent critical damage.
  • the method implements monitoring of an angular position of the drum.
  • the winch is a winch for lifting a lifting device, such as for example a crane, in order to raise/lower a load suspended from a hook fixed on the cable, or the winch is a lifting winch of a lifting device such as a luffing jib crane, for tilting a jib more or less in order to raise/lower a load suspended from a hook fixed on the jib.
  • the method implements a determination of a height under the hook, corresponding to a vertical distance between the hook and the ground on which the lifting device rests, said height under hook being determined continuously as a function of the number of winding layers
  • the method implements a determination of a load indicator which is representative of a weight of the load, said load indicator being determined continuously as a function of the number of winding layers.
  • the drum 12 can be coupled to the motor shaft 11 via a reduction gear 14 to modify the speed ratio and/or the torque between the motor shaft 11 and the drum 12.
  • the motor 10 can be controlled by a control/command system 4 (such as for example a system integrating at least one processor and/or a controller and/or an electronic card) via a speed variator 16 (also called frequency variator) designed to regulate the speed of motor 10.
  • a control/command system 4 such as for example a system integrating at least one processor and/or a controller and/or an electronic card
  • a speed variator 16 also called frequency variator
  • a cable 2 is wound on the drum 12, this cable 2 being able to wind on the drum 12 on several winding layers, the number of which varies depending on the winding and unwinding of the cable 2.
  • the number of layers of winding of cable 2 can take different values between 1 and N, N being the maximum number of winding layers of cable 2. Thus, when cable 2 is wound to its maximum, the number of winding layers is N.
  • the values of the number of winding layers are thus associated with layer numbers.
  • N the number of winding layers
  • Layer No. 1 the deepest layer or closest to the drum axis 13, which is in contact with the drum 12
  • layer no. 2 in contact with layer no. 1
  • layer no. 3 the layer no. 3, and so on until layer no. N (the layer farthest from the axis of drum 13).
  • Layer No. 1 thus corresponds to the visible layer when cable 2 is unwound almost to its maximum (the maximum unwinding corresponding to the scenario normally never reached where there is no more layer and only one end of the cable is attached to the drum)
  • layer No. N thus corresponds to the layer visible when cable 2 is wound to its maximum.
  • the number of turns or turns of the cable 2 can be substantially equivalent, which depends on the length of the drum 12 and the diameter of the cable 2.
  • each winding layer of the cable 2 is associated with a radial distance (or layer radius) measured from the drum axis 13 to the center of the cable 2 in the layer; the radial distance therefore increasing with the number of the layer.
  • FIG. 2 illustrates an example of drum 12 around which five winding layers of cable 2 are wound, with a layer C1 or layer n°1 associated with a radial distance R1, a layer C2 or layer n°2 associated with a radial distance R2, a layer C3 or layer no. 3 associated with a radial distance R3, a layer C4 or layer no. 4 associated with a radial distance R4, and a layer C5 or layer no. 5 associated with a radial distance R5.
  • a monitoring system 3 is provided to monitor the operation of the winch 1, and more precisely to implement continuous (or real-time) monitoring of the number of winding layers of the cable 2 on the drum 12.
  • the calculation unit 40 is integrated into the control/command system 4 which controls the motor 10.
  • the control/command system 4 comprises calculation means adapted to form the calculation unit 40 which determines the number of winding layers of the cable 2. It is of course possible that the calculation unit 40 is separate from the control/command system 4.
  • the speed of rotation of the pulley 34 is directly linked to the linear speed of movement of the cable 2 leaving the drum 12, according to a linear law which depends on the diameter of the pulley 34.
  • the tachometer system 37 can for example be present in the form of an optical tachometer, mechanical or contact tachometer, inductive tachometer, or other device for measuring a rotational speed.
  • the first parameter P1 corresponds to the rotation speed of the pulley 34.
  • the second measuring device 32 is in the form of a tachometer system (or tachometer) adapted to measure an output speed of the motor 10, in other words a rotation speed of the motor shaft 11.
  • This output speed of the motor 10 corresponds to the rotation speed of the drum 12, either directly or after taking into account the reduction ratio of the reducer 14.
  • the second parameter P2 corresponds to the speed of motor output 10.
  • the second measuring device 32' is in the form of a tachometer system (or tachometer) adapted to directly measure the speed of rotation of the drum 12.
  • the second parameter P2' corresponds to the rotation speed of the drum 12.
  • the number of winding layers of the cable 2 (or the number of the layer being wound or unrolled) is linked to the winding radius of the cable 2 on the drum 12, which corresponds to the radial distance of the most external layer (which is the layer being wound or unrolled, furthest from the drum axis 13), and this winding radius is itself a function of the linear speed of movement of the cable 2 and the rotation speed of the drum 12.
  • the winding radius corresponds to the radial distance R5 of layer C5 or layer n°5.
  • the ratio between the linear running speed of the cable 2 (expressed in meters per second) and the rotation speed of the drum 12 (expressed in radians per second) is equivalent to this winding radius (expressed in meters) of the cable 2 on drum 12.
  • the database 41 is integrated into the control/command system 4.
  • the control/command system 4 includes an internal memory adapted to form the database 41. It is of course possible that the database 41 is deported from the control/command system 4.
  • the method can implement the generation of an alarm (or alarm signal) when the damage index is classified as critical.
  • a warning device 42 is provided, which can be visual or audible, connected to the calculation unit 40 and/or to the control/command system 4, to be controlled in order to generate an alarm, visual or audible, when the The damage index is classified as critical.
  • FIG. 3 illustrates a second lifting device 7 of the luffing jib crane type, comprising a mast 75 at the top of which is mounted a jib 76 which can pivot around a horizontal axis so that this jib can be more or less inclined relative to the horizontal and can thus be raised, and this second lifting device 7 comprises a lifting winch 71 comprising a motor 70 rotating a drum 72 on which is wound a lifting cable 73 which is connected to the boom 76 to raise or lower it in order to tilt it more or less between a lowered position to the horizontal and several raised positions, and thus to raise/lower a load suspended from a hook 74 fixed on the boom 76.
  • a lifting winch 71 comprising a motor 70 rotating a drum 72 on which is wound a lifting cable 73 which is connected to the boom 76 to raise or lower it in order to tilt it more or less between a lowered position to the horizontal and several raised positions, and thus to raise/lower a load suspended from a hook 74
  • such a lifting winch 71 can possibly also allow (by unwinding/ winding of the lifting cable 73) to also carry out a movement of the load along the boom 76, on this type of crane with a luffing jib.
  • the number of winding layers of the lifting cable 53 or the lifting cable 73 allows a determination, by the calculation unit 40, of 'a height under hook H, corresponding to a vertical distance between the hook 54 or 74 and the ground on which the lifting device 5 or 7 rests. In other words, the calculation unit 40 can continuously determine this height under hook H depending on the number of winding layers.
  • the number of winding layers of the lifting cable 53 or the lifting cable 73 allows a determination, by the calculation unit 40, of a load indicator which is representative of a weight of the load suspended from the hook 54 or 74.
  • the calculation unit 40 can continuously determine this load indicator as a function of the number of winding layers.

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Abstract

Procédé pour surveiller le fonctionnement d'un treuil (1) comprenant un moteur (10) entraînant un tambour (12) sur lequel est enroulé un câble (2), ledit câble pouvant s'enrouler sur plusieurs couches d'enroulement dont le nombre varie en fonction de l'enroulement et du déroulement du câble, ledit procédé mettant en oeuvre une surveillance continue du nombre de couches d'enroulement du câble sur le tambour en assurant en temps réel au moins les étapes suivantes :
- mesure d'un premier paramètre (P1) représentatif d'une vitesse linéaire de défilement du câble en sortie du tambour ;
- mesure d'un second paramètre (P2 ; P2') représentatif d'une vitesse de rotation du tambour;
- détermination du nombre de couches d'enroulement du câble en fonction du premier paramètre et du second paramètre.
Ce procédé trouve une application avantageuse dans la surveillance de treuils d'appareil de levage, et en particulier de grues.

Description

    [Domaine technique]
  • L'invention se rapporte à un procédé pour surveiller le fonctionnement d'un treuil, mettant en oeuvre une surveillance continue du nombre de couches d'enroulement d'un câble sur un tambour du treuil.
  • L'invention trouve une application favorite, et non limitative, pour un appareil de levage de type grue, et notamment une grue à tour, une grue à montage par éléments, une grue à montage automatisé, une grue portuaire et une grue mobile. L'invention peut aussi s'appliquer à un appareil de transport à câble, comme par exemple un téléphérique ou un télésiège.
    • [Etat de la technique]
  • Dans une application à un appareil de levage, tel qu'une grue, il est connu d'employer un treuil de levage comprenant un moteur entraînant en rotation un tambour sur lequel est enroulé un câble, dit câble de levage, pour déplacer une charge suspendue sur un crochet solidaire du câble, pour la faire monter et descendre. Il est également d'employer un treuil de distribution comprenant un moteur entraînant en rotation un tambour sur lequel est enroulé un câble, dit câble de distribution, pour déplacer en translation un chariot distributeur le long d'une flèche, le câble de levage passant par ce chariot distributeur de manière à ce que la charge soit suspendue en-dessous du chariot distributeur qui assure ainsi un déplacement de la charge le long de la flèche.
  • Il est aussi connu, dans une grue à flèche relevable, d'employer un treuil de relevage comprenant un moteur entraînant en rotation un tambour sur lequel est enroulé un câble, dit câble de relevage, qui est connectée à la flèche pour relever ou abaisser celle-ci afin de l'incliner plus ou moins entre une position abaissée à l'horizontal et plusieurs positions relevées.
  • De manière classique, le tambour est entraîné grâce au moteur par l'intermédiaire d'un réducteur.
  • Généralement le câble peut s'enrouler sur son tambour sur plusieurs couches d'enroulement dont le nombre varie en fonction de l'enroulement et du déroulement du câble ; on parle alors d'un tambour multicouche.
  • Il est connu du document FR2967665 de déterminer un diamètre d'enroulement d'un câble en fonction de la vitesse linéaire de défilement du câble et de la vitesse de rotation du tambour.
  • Il existe un besoin de surveiller le fonctionnement d'un treuil, afin de connaître par exemple la longueur de câble déroulé ou enroulé, un indicateur de charge, ou un niveau d'endommagement du câble afin d'anticiper son remplacement.
    • [Résumé de l'invention]
  • A cette fin, l'invention propose de fiabiliser ou d'améliorer cette surveillance du treuil en s'intéressant à un paramètre qui est le nombre de couches d'enroulement du câble sur le tambour.
  • Ainsi, l'invention propose un procédé pour surveiller le fonctionnement d'un treuil, ce treuil comprenant un moteur entraînant un tambour sur lequel est enroulé un câble, ce câble pouvant s'enrouler sur le tambour sur plusieurs couches d'enroulement dont le nombre varie en fonction de l'enroulement et du déroulement du câble, ledit nombre de couches d'enroulement du câble pouvant prendre différentes valeurs comprises entre 1 et N, N étant le nombre maximal de couches d'enroulement du câble.
  • Ce procédé met en oeuvre une surveillance continue du nombre de couches d'enroulement du câble sur le tambour en assurant en temps réel au moins les étapes suivantes :
    • mesure d'un premier paramètre représentatif d'une vitesse linéaire de défilement du câble en sortie du tambour ;
    • mesure d'un second paramètre représentatif d'une vitesse de rotation du tambour;
    • détermination du nombre de couches d'enroulement du câble en fonction du premier paramètre et du second paramètre ;
    • historisation dans une base de données, sur une période de temps donnée, des valeurs du nombre de couches d'enroulement qui sont associées à des numéros de couche, pour établir des durées d'utilisation cumulées propres à chaque numéro de couche.
  • Un tel procédé permet ainsi de connaître en temps réel le nombre de couches d'enroulement du câble sur le tambour, et donc de manière équivalente la couche d'enroulement en cours d'utilisation, ce qui est une information avantageuse et utile pour améliorer la précision dans l'estimation de nombreux paramètres, tels qu'une longueur de câble déroulé ou enroulé, une hauteur sous charge, un indicateur de charge, un défaut d'enroulement du câble sur le tambour, etc.
  • Ce procédé est basé sur la démarche suivante :
    • mesure du premier paramètre permettant de déduire la vitesse linéaire de défilement du câble ;
    • mesure du second paramètre permettant de déduire la vitesse de rotation du tambour;
    • établissement du nombre de couches d'enroulement du câble, qui est lié au rayon d'enroulement du câble sur le tambour, ce rayon d'enroulement étant lui-même fonction de la vitesse linéaire de défilement du câble et de la vitesse de rotation du tambour.
  • Par ailleurs, l'historisation permet de savoir pendant combien de temps cumulé le câble a occupé zéro couche, une couche, deux couches, ... jusqu'à N couches, ce qui est particulièrement utile pour estimer si les couches les plus profondes (couches 1 et 2 à minima) ont été atteintes et donc déterminer un niveau de sollicitation ou d'usage de la terminaison du câble attachée au tambour ; on parle d'une partie de câble mort pour la partie terminale du câble qui n'est pas sollicitée ou utilisée.
  • Selon une caractéristique, la mesure du premier paramètre consiste en une mesure d'une vitesse de rotation d'une poulie sur laquelle circule le câble en sortie du tambour, la vitesse linéaire de défilement du câble étant déduite en fonction de cette vitesse de rotation de la poulie et d'une géométrie de la poulie.
  • La vitesse de rotation de la poulie portant le câble peut par exemple être mesurée à l'aide d'un système tachymétrique (optique, mécanique, inductif, ou autre).
  • Selon une autre caractéristique, la mesure du second paramètre consiste en une mesure directe de la vitesse de rotation du tambour ou en une mesure d'une vitesse de sortie du moteur.
  • La vitesse de rotation du tambour ou la vitesse de sortie du moteur peut par exemple être mesurée à l'aide d'un système tachymétrique (optique, mécanique, inductif, ou autre).
  • Selon une possibilité, le procédé met en oeuvre un calcul de la vitesse linéaire de défilement du câble en fonction du premier paramètre, et un calcul de la vitesse de rotation du tambour en fonction du second paramètre, et le nombre de couches d'enroulement du câble est déterminé en fonction d'un ratio entre la vitesse linéaire de défilement du câble et la vitesse de rotation du tambour.
  • En effet, ce ratio entre la vitesse linéaire de défilement du câble et la vitesse de rotation du tambour est proportionnel à la distance radiale (ou au diamètre d'enroulement) du câble.
  • Selon une autre possibilité, le procédé met en oeuvre une détermination d'une longueur de câble déroulé ou enroulé en fonction du nombre de couches d'enroulement du câble et d'une position de référence.
  • En effet, la connaissance du nombre de couches d'enroulement du câble améliore la précision dans l'estimation d'une telle longueur.
  • Avantageusement, le procédé met en oeuvre une estimation d'un indice d'endommagement du câble en fonction des durées d'utilisation cumulées propres à chaque numéro de couche.
  • En effet, si les couches profondes sont trop peu sollicitées ou utilisées, alors il existe une situation d'endommagement potentiel de la partie de câble mort ; et donc un tel indice d'endommagement est particulièrement avantageux pour anticiper et gérer un risque lié à cet endommagement de la partie de câble mort.
  • Dans une réalisation particulière, l'indice d'endommagement est classé comme critique lorsque l'une au moins des durées d'utilisation cumulées est inférieure à un seuil critique sur la période de temps donnée.
  • Selon une possibilité, une alarme est générée lorsque l'indice d'endommagement est classé comme critique ; de manière à alerter un opérateur ou un gestionnaire qu'il est temps d'auditer, voire de remplacer le câble.
  • Il peut être prévu un seuil intermédiaire, supérieur au seuil critique, pour informer qu'il faut dérouler complètement le câble afin de solliciter la partie de câble mort, et donc prévenir un endommagement critique.
  • Dans un mode de réalisation particulier, le procédé met en oeuvre un suivi d'une position angulaire du tambour.
  • Un tel suivi a deux intérêts principaux :
    • une détermination d'un nombre de spires du câble en fonction du nombre de couches d'enroulement du câble et de la position angulaire du tambour; et/ou
    • une détection d'un défaut d'enroulement du câble en fonction du nombre de couches d'enroulement du câble et de la position angulaire du tambour.
  • Dans une application favorite, et non limitative, le treuil est un treuil de levage d'un appareil de levage, comme par exemple une grue, afin de lever/abaisser une charge suspendue à un crochet fixé sur le câble, ou le treuil est un treuil de relevage d'un appareil de levage de type grue à flèche relevable, pour incliner plus ou moins une flèche afin de lever/abaisser une charge suspendue à un crochet fixé sur la flèche.
  • Il est à noter qu'un tel treuil de relevage peut aussi permettre de réaliser un déplacement de la charge le long de la flèche, sur ce type de grue à flèche relevable.
  • Selon une possibilité liée au treuil de levage et au treuil de relevage, le procédé met en oeuvre une détermination d'une hauteur sous crochet, correspondant à une distance verticale entre le crochet et le sol sur lequel repose l'appareil de levage, ladite hauteur sous crochet étant déterminée en continue en fonction du nombre de couches d'enroulement
  • Selon une autre possibilité liée au treuil de levage et au treuil de relevage, le procédé met en oeuvre une détermination d'un indicateur de charge qui est représentatif d'un poids de la charge, ledit indicateur de charge étant déterminé en continue en fonction du nombre de couches d'enroulement.
  • L'invention se rapporte également à un système de surveillance pour surveiller le fonctionnement d'un treuil, le treuil comprenant un moteur entraînant un tambour sur lequel est enroulé un câble, ledit câble pouvant s'enrouler sur ledit tambour sur plusieurs couches d'enroulement dont le nombre varie en fonction de l'enroulement et du déroulement du câble, ce système de surveillance mettant en oeuvre une surveillance continue du nombre de couches d'enroulement du câble sur le tambour au moyen de :
    • un premier dispositif de mesure configuré pour mesurer un premier paramètre représentatif d'une vitesse linéaire de défilement du câble en sortie du tambour;
    • un second dispositif de mesure configuré pour mesurer un second paramètre représentatif d'une vitesse de rotation du tambour ;
    • une unité de calcul configurée pour déterminer le nombre de couches d'enroulement du câble en fonction du premier paramètre et du second paramètre ;
    et dans lequel cette unité de calcul est configurée pour mettre en oeuvre une historisation dans une base de données, sur une période de temps donnée, des valeurs du nombre de couches d'enroulement qui sont associées à des numéros de couche, pour établir des durées d'utilisation cumulées propres à chaque numéro de couche.
  • L'invention concerne aussi un appareil de levage, comme par exemple une grue, comprenant :
    • un treuil de levage comprenant un moteur entraînant un tambour sur lequel est enroulé un câble de levage relié à un crochet pour lever/abaisser une charge suspendue à ce crochet, ce câble de levage pouvant s'enrouler sur ledit tambour sur plusieurs couches d'enroulement dont le nombre varie en fonction de l'enroulement et du déroulement du câble de levage, ou
    • un treuil de relevage comprenant un moteur entraînant en rotation un tambour sur lequel est enroulé un câble de relevage qui est connectée à une flèche pour relever ou abaisser celle-ci afin de lever/abaisser une charge suspendue à un crochet fixé sur la flèche ;
    et dans lequel cet appareil de levage comprend un système de surveillance tel que décrit ci-dessus pour surveiller le fonctionnement dudit treuil de levage ou dudit treuil de relevage. [Brève description des figures]
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, d'un exemple de mise en oeuvre non limitatif, faite en référence aux figures annexées dans lesquelles :
    • [Fig 1] est une vue schématique d'un treuil et d'un système de surveillance pour surveiller le fonctionnement du treuil ;
    • [Fig 2] est une vue schématique selon deux angles distincts d'un tambour pour illustrer des couches d'enroulement d'un câble ;
    • [Fig 3] est une vue schématique de deux appareils de levage équipés de treuils adaptés pour la mise en oeuvre d'un procédé de surveillance.
    [Description détaillée d'un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention]
  • En référence à la Figure 1, un treuil 1 adapté pour la mise en oeuvre d'un procédé de surveillance comprend :
    • un moteur 10 qui est un moteur rotatif muni d'un arbre moteur 11 entraîné en rotation ;
    • un tambour 12, de type tambour multicouche, monté rotatif sur un châssis autour d'un axe de tambour 13, ledit tambour 12 étant accouplé à l'arbre moteur 11 pour être entraîné en rotation par le moteur 10 autour de son axe de tambour 13.
  • Le tambour 12 peut être accouplé à l'arbre moteur 11 par l'intermédiaire d'un réducteur 14 pour modifier le rapport de vitesse et/ou le couple entre l'arbre moteur 11 et le tambour 12.
  • Le moteur 10 peut être piloté par un système de contrôle/commande 4 (tel que par exemple un système intégrant au moins un processeur et/ou un contrôleur et/ou une carte électronique) par l'intermédiaire d'un variateur de vitesse 16 (appelé aussi variateur de fréquence) conformé pour réguler la vitesse du moteur 10.
  • Un câble 2 est enroulé sur le tambour 12, ce câble 2 pouvant s'enrouler sur le tambour 12 sur plusieurs couches d'enroulement dont le nombre varie en fonction de l'enroulement et du déroulement du câble 2. Le nombre de couches d'enroulement du câble 2 peut prendre différentes valeurs comprises entre 1 et N, N étant le nombre maximal de couches d'enroulement du câble 2. Ainsi, quand le câble 2 est enroulé à son maximum, le nombre de couches d'enroulement est N.
  • Les valeurs du nombre de couches d'enroulement sont ainsi associées à des numéros de couche. Autrement dit, lorsque le câble 2 est enroulé à son maximum, il s'enroule sur N couches comprenant une couche n° 1 (la couche la plus profonde ou la plus proche de l'axe de tambour 13, qui est au contact du tambour 12), puis une couche n° 2 (au contact de la couche n° 1), puis une couche n°3, et ainsi de suite jusqu'à la couche n° N (la couche la plus éloignée de l'axe de tambour 13). La couche n° 1 correspond ainsi à la couche visible lorsque le câble 2 est déroulé quasiment à son maximum (le maximum du déroulement correspondant au cas de figure normalement jamais atteint où il n'y a plus de couche et seule une extrémité du câble est accrochée au tambour) ; et la couche n° N correspond ainsi à la couche visible lorsque le câble 2 est enroulé à son maximum.
  • Sur chaque couche, le nombre de spires ou de tours du câble 2 peut être sensiblement équivalent, qui dépend de la longueur du tambour 12 et du diamètre du câble 2.
  • Par ailleurs, chaque couche d'enroulement du câble 2 est associée à une distance radiale (ou rayon de couche) mesurée depuis l'axe de tambour 13 jusqu'au centre du câble 2 dans la couche ; la distance radiale augmentant donc avec le numéro de la couche.
  • La Figure 2 illustre un exemple de tambour 12 autour duquel sont enroulées cinq couches d'enroulement du câble 2, avec une couche C1 ou couche n°1 associée à une distance radiale R1, une couche C2 ou couche n°2 associée à une distance radiale R2, une couche C3 ou couche n°3 associée à une distance radiale R3, une couche C4 ou couche n°4 associée à une distance radiale R4, et une couche C5 ou couche n°5 associée à une distance radiale R5.
  • Un système de surveillance 3 est prévu pour surveiller le fonctionnement du treuil 1, et plus précisément pour mettre en oeuvre une surveillance continue (ou en temps réel) du nombre de couches d'enroulement du câble 2 sur le tambour 12.
  • Ce système de surveillance 3 comprend :
    • un premier dispositif de mesure 31 pour mesurer un premier paramètre P1 représentatif d'une vitesse linéaire de défilement du câble 2 en sortie du tambour 12 ;
    • un second dispositif de mesure 32 ou 32' pour mesurer un second paramètre P2 ou P2' représentatif d'une vitesse de rotation du tambour 12 autour de son axe de tambour 13; et
    • une unité de calcul 40 pour déterminer le nombre de couches d'enroulement du câble 2 en fonction du premier paramètre P1 et du second paramètre P2.
  • Dans l'exemple illustré, l'unité de calcul 40 est intégrée au système de contrôle/commande 4 qui pilote le moteur 10. Autrement dit, le système de contrôle/commande 4 comprend des moyens de calcul adaptés pour former l'unité de calcul 40 qui réalise la détermination du nombre de couches d'enroulement du câble 2. Il est bien entendu envisageable que l'unité de calcul 40 soit distincte du système de contrôle/commande 4.
  • Le premier dispositif de mesure 31 peut comprendre :
    • une poulie 34 sur laquelle circule le câble 2 en sortie du tambour 12, où la poulie 34 est montée rotative sur un support fixe 35 de sorte que la poulie 34 tourne autour d'un axe de poulie 36 sous l'effet du défilement du câble 2 ; et
    • un système tachymétrique 37 (ou tachymètre) adapté pour mesurer une vitesse de rotation de la poulie 33.
  • En effet, la vitesse de rotation de la poulie 34 est directement liée à la vitesse linéaire de défilement du câble 2 en sortie du tambour 12, selon une loi linéaire qui dépend du diamètre de la poulie 34. Le système tachymétrique 37 peut par exemple se présenter sous la forme d'un tachymètre optique, tachymètre mécanique ou à contact, tachymètre inductif, ou autre dispositif de mesure d'une vitesse de rotation. Ainsi, avec ce premier dispositif de mesure 31, le premier paramètre P1 correspond à la vitesse de rotation de la poulie 34.
  • Dans une première réalisation, le second dispositif de mesure 32 se présente sous la forme d'un système tachymétrique (ou tachymètre) adapté pour mesurer une vitesse de sortie du moteur 10, autrement dit une vitesse de rotation de l'arbre moteur 11. Cette vitesse de sortie du moteur 10 correspond à la vitesse de rotation du tambour 12, soit directement soit après prise en compte du rapport de réduction du réducteur 14. Ainsi, avec ce second dispositif de mesure 32, le second paramètre P2 correspond à la vitesse de sortie du moteur 10.
  • Dans une seconde réalisation, le second dispositif de mesure 32' se présente sous la forme d'un système tachymétrique (ou tachymètre) adapté pour mesurer directement la vitesse de rotation du tambour 12. Ainsi, avec ce second dispositif de mesure 32', le second paramètre P2' correspond à la vitesse de rotation du tambour 12.
  • Il est bien entendu envisageable d'employer à la fois le second dispositif de mesure 32 et le second dispositif de mesure 32' pour avoir une redondance dans la mesure.
  • Ainsi, l'unité de calcul 40 met en oeuvre :
    • un calcul de la vitesse linéaire de défilement du câble 2 en fonction du premier paramètre P1 ;
    • un calcul de la vitesse de rotation du tambour 12 en fonction du second paramètre P2 ou P2', et
    • un calcul du nombre de couches d'enroulement du câble 2 en fonction d'un ratio entre la vitesse linéaire de défilement du câble 2 et la vitesse de rotation du tambour 12.
  • En effet, le nombre de couches d'enroulement du câble 2 (ou le numéro de la couche en cours d'enroulement ou de déroulement) est lié au rayon d'enroulement du câble 2 sur le tambour 12, qui correspond à la distance radiale de la couche la plus externe (qui est la couche en cours d'enroulement ou de déroulement, la plus éloignée de l'axe de tambour 13), et ce rayon d'enroulement est lui-même fonction de la vitesse linéaire de défilement du câble 2 et de la vitesse de rotation du tambour 12. Dans l'exemple de la Figure 2, le rayon d'enroulement correspond à la distance radiale R5 de la couche C5 ou couche n°5.
  • Plus précisément, le ratio entre la vitesse linéaire de défilement du câble 2 (exprimée en mètre par seconde) et la vitesse de rotation du tambour 12 (exprimée en radian par seconde) est équivalent à ce rayon d'enroulement (exprimé en mètre) du câble 2 sur le tambour 12.
  • Après calcul de ce nombre de couches d'enroulement du câble 2, l'unité de calcul 40 peut par exemple mettre en oeuvre :
    • une détermination d'une longueur de câble déroulé ou enroulé en fonction du nombre de couches d'enroulement du câble 2 et d'une position de référence ; et/ou
    • une détection d'un changement dans le nombre de couches d'enroulement du câble 2, à savoir le passage d'une couche n° K à une couche n° (K-1) lorsque le câble 2 est déroulé et le passage d'une couche n° K à une couche n° (K+1) lorsque le câble 2 est enroulé.
  • L'unité de calcul 40 peut mettre en oeuvre :
    • une historisation dans une base de données 41, sur une période de temps donnée, des valeurs du nombre de couches d'enroulement qui sont associées à des numéros de couche, pour établir des durées d'utilisation cumulées propres à chaque numéro de couche ;
    • une estimation d'un indice d'endommagement du câble 2 en fonction des durées d'utilisation cumulées propres à chaque numéro de couche ; et
    • un classement de cet indice d'endommagement comme critique lorsque l'une au moins des durées d'utilisation cumulées est inférieure à un seuil critique sur la période de temps donnée.
  • Dans l'exemple illustré, la base de données 41 est intégrée au système de contrôle/commande 4. Autrement dit, le système de contrôle/commande 4 comprend une mémoire interne adaptée pour former la base de données 41. Il est bien entendu envisageable que la base de données 41 soit déportée du système de contrôle/commande 4.
  • Le procédé peut mettre en oeuvre la génération d'une alarme (ou signal d'alarme) lorsque l'indice d'endommagement est classé comme critique. Ainsi, il est prévu un avertisseur 42, qui peut être visuel ou sonore, relié à l'unité de calcul 40 et/ou au système de contrôle/commande 4, pour être piloté afin de générer une alarme, visuelle ou sonore, lorsque l'indice d'endommagement est classé comme critique.
  • L'unité de calcul 40 peut mettre en oeuvre :
    • un suivi d'une position angulaire du tambour 12, par exemple au moyen du second dispositif de mesure 32' ;
    • une détermination d'un nombre de spires du câble 2 en fonction du nombre de couches d'enroulement du câble et de la position angulaire du tambour 12 ;
    • une détection d'un défaut d'enroulement du câble 2 en fonction du nombre de couches d'enroulement du câble 2 et de la position angulaire du tambour 12.
  • La Figure 3 illustre un premier appareil de levage 5 de type grue à tour, comprenant un mât 55 au sommet duquel est montée une flèche 56 qui peut tourner autour d'un axe vertical, et comprenant également :
    • un treuil de levage 51 comprenant un moteur 50 entraînant en rotation un tambour 52 sur lequel est enroulé un câble de levage 53 relié à un crochet 54 pour lever/abaisser une charge suspendue à ce crochet 54 pour la faire monter et descendre ; et
    • un treuil de distribution 61 comprenant un moteur 60 entraînant en rotation un tambour 62 sur lequel est enroulé un câble de distribution 63 pour déplacer en translation un chariot distributeur 64 le long de la flèche 56, le câble de levage 53 passant par ce chariot distributeur 64 de manière à ce que la charge soit suspendue en-dessous du chariot distributeur 64 qui assure ainsi un déplacement de la charge le long de la flèche 56.
  • La Figure 3 illustre un second appareil de levage 7 de type grue à flèche relevable, comprenant un mât 75 au sommet duquel est montée une flèche 76 qui peut pivoter autour d'un axe horizontal de sorte que cette flèche peut être plus ou moins inclinée par rapport à l'horizontale et peut ainsi être relevée, et ce second appareil de levage 7 comprend un treuil de relevage 71 comprenant un moteur 70 entraînant en rotation un tambour 72 sur lequel est enroulé un câble de relevage 73 qui est connectée à la flèche 76 pour relever ou abaisser celle-ci afin de l'incliner plus ou moins entre une position abaissée à l'horizontal et plusieurs positions relevées, et ainsi pour lever/abaisser une charge suspendue à un crochet 74 fixé sur la flèche 76. Il est à noter qu'un tel treuil de relevage 71 peut éventuellement aussi permettre (par déroulement/enroulement du câble de relevage 73) de réaliser également un déplacement de la charge le long de la flèche 76, sur ce type de grue à flèche relevable.
  • Le système de surveillance 3 précédemment décrit peut être mis en oeuvre pour :
    • surveiller le fonctionnement du treuil de levage 51, et plus précisément pour mettre en oeuvre une surveillance continue (ou en temps réel) du nombre de couches d'enroulement du câble de levage 53 sur le tambour 52 ; ou
    • surveiller le fonctionnement du treuil de distribution 61, et plus précisément pour mettre en oeuvre une surveillance continue (ou en temps réel) du nombre de couches d'enroulement du câble de distribution 63 sur le tambour 62 ; ou
    • surveiller le fonctionnement du treuil de relevage 71, et plus précisément pour mettre en oeuvre une surveillance continue (ou en temps réel) du nombre de couches d'enroulement du câble de relevage 73 sur le tambour 72.
  • Dans le cas d'une surveillance du treuil de levage 51 ou du treuil de relevage 71, le nombre de couches d'enroulement du câble de levage 53 ou du câble de relevage 73 permet une détermination, par l'unité de calcul 40, d'une hauteur sous crochet H, correspondant à une distance verticale entre le crochet 54 ou 74 et le sol sur lequel repose l'appareil de levage 5 ou 7. Autrement dit, l'unité de calcul 40 peut déterminer en continue cette hauteur sous crochet H en fonction du nombre de couches d'enroulement.
  • Dans le cas d'une surveillance du treuil de levage 51 ou du treuil de relevage 71, le nombre de couches d'enroulement du câble de levage 53 ou du câble de relevage 73 permet une détermination, par l'unité de calcul 40, d'un indicateur de charge qui est représentatif d'un poids de la charge suspendue au crochet 54 ou 74. Autrement dit, l'unité de calcul 40 peut déterminer en continue cet indicateur de charge en fonction du nombre de couches d'enroulement.

Claims (17)

  1. Procédé pour surveiller le fonctionnement d'un treuil (1), ledit treuil (1) comprenant un moteur (10) entraînant un tambour (12) sur lequel est enroulé un câble (2), ledit câble (2) pouvant s'enrouler sur ledit tambour (12) sur plusieurs couches d'enroulement dont le nombre varie en fonction de l'enroulement et du déroulement du câble (2), ledit nombre de couches d'enroulement du câble (2) pouvant prendre différentes valeurs comprises entre 1 et N, N étant le nombre maximal de couches d'enroulement du câble, ledit procédé mettant en oeuvre une surveillance continue du nombre de couches d'enroulement du câble (2) sur le tambour (12) en assurant en temps réel au moins les étapes suivantes :
    - mesure d'un premier paramètre (P1) représentatif d'une vitesse linéaire de défilement du câble (2) en sortie du tambour (12) ;
    - mesure d'un second paramètre (P2 ; P2') représentatif d'une vitesse de rotation du tambour (12) ;
    - détermination du nombre de couches d'enroulement du câble (2) en fonction du premier paramètre (P1) et du second paramètre (P2 ; P2') ;
    - historisation dans une base de données (41), sur une période de temps donnée, des valeurs du nombre de couches d'enroulement qui sont associées à des numéros de couche, pour établir des durées d'utilisation cumulées propres à chaque numéro de couche.
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la mesure du premier paramètre (P1) consiste en une mesure d'une vitesse de rotation d'une poulie (34) sur laquelle circule le câble (2) en sortie du tambour (12), la vitesse linéaire de défilement du câble (2) étant déduite en fonction de cette vitesse de rotation de la poulie (34) et d'une géométrie de la poulie (34).
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la mesure du second paramètre consiste en une mesure directe de la vitesse de rotation du tambour (12) ou en une mesure d'une vitesse de sortie du moteur (10).
  4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le procédé met en oeuvre un calcul de la vitesse linéaire de défilement du câble (2) en fonction du premier paramètre (P1), et un calcul de la vitesse de rotation du tambour (12) en fonction du second paramètre (P2 ; P2'), et le nombre de couches d'enroulement du câble (2) est déterminé en fonction d'un ratio entre la vitesse linéaire de défilement du câble (2) et la vitesse de rotation du tambour (12).
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le procédé met en oeuvre une détermination d'une longueur de câble déroulé ou enroulé en fonction du nombre de couches d'enroulement du câble (2) et d'une position de référence.
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le procédé met en oeuvre une détection d'un changement dans le nombre de couches d'enroulement du câble (2).
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le procédé met en oeuvre une estimation d'un indice d'endommagement du câble (2) en fonction des durées d'utilisation cumulées propres à chaque numéro de couche.
  8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel l'indice d'endommagement est classé comme critique lorsque l'une au moins des durées d'utilisation cumulées est inférieure à un seuil critique sur la période de temps donnée.
  9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel une alarme est générée lorsque l'indice d'endommagement est classé comme critique.
  10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le procédé met en oeuvre un suivi d'une position angulaire du tambour (12).
  11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel le procédé met en oeuvre une détermination d'un nombre de spires du câble (2) en fonction du nombre de couches d'enroulement du câble (2) et de la position angulaire du tambour (12).
  12. Procédé selon la revendication 10 ou 11, dans lequel le procédé met en oeuvre une détection d'un défaut d'enroulement du câble (2) en fonction du nombre de couches d'enroulement du câble (2) et de la position angulaire du tambour (12).
  13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le treuil est un treuil de levage (51) d'un appareil de levage (5), comme par exemple une grue, afin de lever/abaisser une charge suspendue à un crochet (54) fixé sur le câble, ou le treuil est un treuil de relevage (71) d'un appareil de levage (7) de type grue à flèche relevable, pour incliner plus ou moins une flèche (76) afin de lever/abaisser une charge suspendue à un crochet (74) fixé sur la flèche (76).
  14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel le procédé met en oeuvre une détermination d'une hauteur sous crochet (H), correspondant à une distance verticale entre le crochet (54 ; 74) et le sol sur lequel repose l'appareil de levage (5 ; 7), ladite hauteur sous crochet (H) étant déterminée en continue en fonction du nombre de couches d'enroulement.
  15. Procédé selon la revendication 13 ou 14, dans lequel le procédé met en oeuvre une détermination d'un indicateur de charge qui est représentatif d'un poids de la charge, ledit indicateur de charge étant déterminé en continue en fonction du nombre de couches d'enroulement.
  16. Système de surveillance (3) pour surveiller le fonctionnement d'un treuil (1), ledit treuil (1) comprenant un moteur (10) entraînant un tambour (12) sur lequel est enroulé un câble (2), ledit câble (2) pouvant s'enrouler sur ledit tambour (12) sur plusieurs couches d'enroulement dont le nombre varie en fonction de l'enroulement et du déroulement du câble (2), ledit système de surveillance (3) mettant en oeuvre une surveillance continue du nombre de couches d'enroulement du câble sur le tambour (12) au moyen de :
    - un premier dispositif de mesure (31) configuré pour mesurer un premier paramètre (P1) représentatif d'une vitesse linéaire de défilement du câble (2) en sortie du tambour (12) ;
    - un second dispositif de mesure (32 ; 32') configuré pour mesurer un second paramètre (P2 ; P2') représentatif d'une vitesse de rotation du tambour (12) ;
    - une unité de calcul (40) configurée pour déterminer le nombre de couches d'enroulement du câble (2) en fonction du premier paramètre (P1) et du second paramètre (P2 ; P2') ;
    et dans lequel ladite unité de calcul (40) est configurée pour mettre en oeuvre une historisation dans une base de données (41), sur une période de temps donnée, des valeurs du nombre de couches d'enroulement qui sont associées à des numéros de couche, pour établir des durées d'utilisation cumulées propres à chaque numéro de couche.
  17. Appareil de levage (5 ; 7), comme par exemple une grue, comprenant :
    - un treuil de levage (51) comprenant un moteur (50) entraînant un tambour (52) sur lequel est enroulé un câble de levage (53) relié à un crochet (54) pour lever/abaisser une charge suspendue à ce crochet (54), ledit câble de levage (53) pouvant s'enrouler sur ledit tambour (52) sur plusieurs couches d'enroulement dont le nombre varie en fonction de l'enroulement et du déroulement du câble de levage (53), ou
    - un treuil de relevage (71) comprenant un moteur (70) entraînant en rotation un tambour (72) sur lequel est enroulé un câble de relevage (73) qui est connectée à une flèche (76) pour relever ou abaisser celle-ci afin de lever/abaisser une charge suspendue à un crochet (74) fixé sur la flèche (76) ;
    et dans lequel ledit appareil de levage (5 ; 7) comprend un système de surveillance (3) selon la revendication 16 pour surveiller le fonctionnement dudit treuil de levage (51) ou dudit treuil de relevage (71).
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