Système de sécurité pour plateforme à opérateur embarqué mobile verticalement

Abstract

 Un système de sécurité (100) comprenant un arbre (4) rotatif d' axe AA portant un pignon (5), une roue à rochet (1) et une came rotative (2); un levier pivotant (3) comprenant une première extrémité (3a) libre et une deuxième extrémité (3b) portant un bras pivotant (6), ledit bras pivotant (6) comportant un cliquet (7) et un galet rotatif (8); et un élément de contre-came (9) comprenant un rail de guidage (19), et une plateforme à opérateur embarqué mobile verticalement équipé d'un tel système de sécurité (100), en particulier une potence de soudage servant notamment à la fabrication de mâts d'éolienne ou de viroles.

Description

[0001] L'invention concerne un système ou dispositif mécanique de sécurité apte à et conçu pour réagir en activant un dispositif de freinage en réponse à l'occurrence d'une vitesse excessive ou survitesse de descente d'une plateforme mobile verticalement pour opérateur embarqué, en particulier du bras mobile d'une potence industrielle, telle une potence de soudage avec opérateur embarqué, en particulier une survitesse survenant en cas de chute brusque et subite vers le sol de ladite plateforme, ainsi qu'une installation, telle une potence de soudage, équipée d'un tel système de sécurité.

[0002] Certaines structures métalliques de grandes dimensions, c'est-à-dire de plusieurs mètres, voire dizaines de mètres, ne peuvent être fabriquées en une seule partie et doivent donc être formées par assemblage de sous-parties de plus petites dimensions qui sont soudées entre elles.

[0003] Ainsi, les mâts d'éoliennes sont généralement formés par assemblage de plusieurs viroles soudées bout-à-bout, typiquement des viroles de 3 à 10 mètres de diamètres. Il en va de même de certains équipements de grandes dimensions, tels des réservoirs ou analogues, utilisées dans le domaine nucléaire ou naval.

[0004] Le soudage de ces sous-parties se fait généralement par mise en oeuvre d'un procédé de soudage à l'arc submergé en multi-passes, à savoir jusqu'à 15 à 20 passes, selon l'épaisseur à souder, et en configuration de joint étroit.

[0005] Afin d'éviter que le flux de soudage ne tombe par gravité, le soudage à l'arc submergé par exemple de deux viroles l'une avec l'autre se fait habituellement sur le dessus des viroles soumises à un mouvement rotatif de manière à pouvoir réaliser le dépôt de métal provenant du ou des fils fusibles, le long du joint de soudure.

[0006] Pour ce faire, on utilise classiquement une potence de soudage à opérateur embarqué. Une telle potence de soudage comprend un mât vertical qui supporte un bras-porteur mobile verticalement sur le mât par le biais d'un dispositif mobile intermédiaire coulissant le long du mât, encore appelé coulisseau mobile, sur lequel est fixé le bras-porteur. Un système motorisé permet d'assurer la montée verticale du bras le long du mât. Le bras-porteur porte à son extrémité un opérateur et des équipements pour opérer et contrôler le soudage proprement dit, notamment la ou les torches de soudage...

[0007] Ce type de potence est équipé d'un dispositif de freinage, couramment appelé « parachute » mécanique, servant, en cas de défaillance ou rupture d'un élément du système de levage, tel qu'une chaîne, un axe liant la chaine à un point de support ou un arbre de réducteur, d'éviter que le bras-porteur ne descende le long du mât avec une vitesse trop élevée ou vitesse « de chute » et ne subisse une accélération trop importante, lesquelles risqueraient d'engendrer des dégâts à l'installation et des blessures à l'opérateur, lors de l'arrivée brutale du bras-porteur en bas de mât.

[0008] Ce dispositif de freinage va, lorsqu'il est déclenché par un système de sécurité embarqué, venir coopérer avec le mât vertical de la potence pour bloquer le mouvement de descente du bras-porteur.

[0009] Le déclenchement du dispositif de freinage se fait actuellement grâce à un système de sécurité comprenant un point d'attache pour une chaîne de levage coopérant avec le dispositif de freinage pour bloquer un excentrique sur un rail d'arrêt agencé sur le mât et ainsi stopper la chute du bras-porteur. Le système de sécurité et le dispositif de freinage sont également porté par le dispositif mobile intermédiaire qui coulisse le long du mât.

[0010] Cependant, ce type de système de sécurité n'est pas idéal car, en cas de rupture non franche n'engendrant pas de chute libre du bras-porteur :

• soit la détection de la défaillance est trop tardive et le blocage est opéré à une vitesse de descente indéterminée pouvant entraîner la rupture du système de freinage, donc la chute du bras engendrant alors un choc pouvant être important en butée basse,
• soit la défaillance n'est pas détectée et la chute du bras se fait à une vitesse de descente indéterminée, conduisant alors, là encore, un choc pouvant être important en butée basse.

[0011] Par ailleurs, des problèmes similaires se posent avec d'autres types d'installations avec plateforme à opérateur embarqué, mobile verticalement.

[0012] Au vu de cela, le problème qui se pose alors est de proposer un système ou dispositif de sécurité pour installation à plateforme mobile à opérateur embarquée, en particulier pour potence à bras-porteur mobile le long d'un mât vertical, telle une potence de soudage, permettant de réagir rapidement en réponse à l'occurrence d'une survitesse de descente de la plateforme ou du bras-porteur, en particulier en cas de chute dudit bras-porteur consécutivement à la rupture ou défaillance d'un élément du système de levage, que la survitesse corresponde à une rupture franche ou non-franche, en coopérant avec un parachute mécanique équipant la potence de manière à stopper le mouvement de chute et à éviter par ailleurs que l'opérateur ne soit blessé ou d'autres éléments de l'installation détériorés par la chute du bras-porteur ou de la plateforme mobile verticalement.

[0013] La solution de l'invention est alors un système de sécurité, en particulier pour potence à bras-porteur mobile le long d'un mât vertical, comprenant :

• un arbre rotatif d'axe AA portant un pignon, une roue à rochet et une came rotative,
• un levier pivotant comprenant une première extrémité libre et une deuxième extrémité portant un bras pivotant, ledit bras pivotant comportant un cliquet et un galet rotatif, et
• un élément de contre-came comprenant un rail de guidage.

[0014] Selon le cas, le système ou dispositif de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

• le levier pivotant pivote autour de l'axe AA de l'arbre.
• le bras pivotant pivote autour d'un axe BB parallèle à l'axe AA de l'arbre.
• le cliquet du bras pivotant est apte à et conçu pour coopérer avec la roue à rochet, de préférence avec une ou plusieurs encoches portées par la roue à rochet.
• le galet rotatif apte à et conçu pour coopérer avec la came rotative ou avec le rail de guidage de l'élément de contre-came.
• la came rotative comprend un corps central muni d'une ou plusieurs projections radiales disposées sur le pourtour dudit corps et faisant saillie vers l'extérieur, c'est-à-dire faisant saillie radialement en éloignement par rapport à l'axe de rotation de la came rotative.
• lorsque la vitesse de rotation Va de l'arbre est inférieure à une vitesse-seuil Vs déterminée, c'est-à-dire Va < Vs, alors le galet rotatif reste au contact de la came rotative durant la rotation de l'arbre.
• lorsque la vitesse de rotation Va de l'arbre est ou devient supérieure ou égale à la vitesse-seuil Vs déterminée, soit Va ≥ Vs, alors le galet rotatif est repoussé par la came en éloignement par rapport à ladite came rotative en provoquant un basculement du bras pivotant et l'engagement du cliquet dans l'une des encoches de la roue à rochet.
• l'engagement du cliquet dans l'une des encoches de la roue à rochet engendre un basculement du levier relié par pivotement au bras pivotant portant le cliquet et le galet rotatif.
• le galet rotatif coopère avec le rail de guidage de l'élément de contre-came pour arrêter ledit basculement du levier, de préférence le galet rotatif vient en butée contre le rail de guidage de l'élément de contre-came.
• lorsque le galet rotatif vient au contact du rail de guidage de l'élément de contre-came, le cliquet se désengage de l'encoche de la roue à rochet.
• le rail de guidage et l'élément de contre-came forment une pièce unique.
• l'élément de contre-came comprend en outre une butée terminale apte à et conçue pour stopper le mouvement rotatif excessif du galet le long du rail de guidage.

[0015] L'invention porte en outre sur une installation avec plateforme pour opérateur embarqué, mobile verticalement, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'un système de sécurité selon l'invention. En fait, sont concernées, les installations comprenant une plateforme, y compris une nacelle ou analogue, supportant un ou plusieurs opérateurs et qui sont conçues pour et aptes à être descendues ou remontées verticalement, par exemple un ascenseur ou une plateforme mobile le long d'un mât, ou tout système d'élévation de personne utilisant un système de guidage linéaire fixe auquel on peut rattacher une crémaillère, et concerné par les normes NF EN 1495, NF EN 280 et NF EN 14502-2 ; de telles installations peuvent être utilisées par exemple pour des opérations de nettoyage ou d'entretien des surfaces externes d'immeubles, notamment pour le nettoyage des surfaces vitrées ou encore la mise en peinture de revêtements externes ou internes, voire de plafonds.

[0016] Plus particulièrement, l'invention porte sur une potence à bras-porteur mobile le long d'un mât vertical, en particulier une potence de soudage à opérateur embarqué, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'un système de sécurité selon l'invention.

[0017] De préférence, la potence comporte en outre un dispositif mobile intermédiaire coulissant le long du mât portant le bras, le système de sécurité et un dispositif de freinage, le pignon de l'arbre rotatif dudit système de sécurité coopérant avec une crémaillère portée par le mât vertical, et l'extrémité libre du levier pivotant étant apte à et conçue pour venir actionner le dispositif de freinage, lorsque la vitesse de rotation Va transmise par le pignon à l'arbre, lorsque ledit pignon se déplace le long de la crémaillère, est ou devient supérieure ou égale à la vitesse-seuil Vs déterminée de rotation de l'arbre.

[0018] Par ailleurs, l'invention porte aussi sur un procédé de soudage, en particulier à l'arc submergé, dans lequel on utilise une potence selon l'invention.

[0019] L'invention va être maintenant décrite plus en détail en références aux Figures annexées parmi lesquelles :

• la Figure 1 représente une potence de soudage à opérateur embarqué équipée d'un système de sécurité selon la présente invention,
• la Figure 2 est une vue grossie d'une partie de la potence de la Figure 1 faisant apparaître le système de sécurité selon la présente invention,
• les Figures 3 et 4 détaillent le système de sécurité selon la présente invention,
• les Figures 5A à 5D illustrent le fonctionnement du système de sécurité selon la présente invention et
• la Figure 6 illustre des applications de soudage possibles d'une potence selon la Figure 1.

[0020] La Figure 1 schématise un mode de réalisation d'une potence 20 industrielle de soudage à l'arc submergé de parties ou sous-unités de structures métalliques de grandes dimensions, par exemple de viroles de 3 à 10 mètres de diamètre (mesuré au niveau du plan de joint), soudées les unes à la suite des autres, c'est-à-dire raboutées, pour constituer un mât d'éolienne, laquelle est équipée d'un système de sécurité selon l'invention (désigné par la référence générale 100).

[0021] Cette potence 20 de soudage comprend un mât vertical 21 qui supporte un bras-porteur 22 mobile verticalement, c'est-à-dire de bas en haut, sur le mât 21 par le biais d'un dispositif mobile intermédiaire 25 coulissant le long du mât, encore appelé coulisseau mobile, sur lequel est fixé le bras-porteur 22. Le bras-porteur 22 porte à son extrémité libre 22a, les différents équipements nécessaires pour réaliser et contrôler le soudage, à savoir notamment torche de soudage, un système d'amenée de flux et de fil de soudage, un système de suivi de joint, un système de vision...., ainsi qu'un opérateur 30 embarqué qui sert à positionner et à piloter les équipements soudage et à s'assurer du bon déroulement de l'opération de soudage, notamment au cours de l'exécution des différentes passes successives.

[0022] Le déplacement du bras-porteur 22 le long du mât 21 se fait de manière connue en soi grâce à un système motorisé comprenant un jeu de chaines et de pignons entraînés par un motoréducteur.

[0023] Comme détaillé en Figure 2, le mât 21 comporte une crémaillère 24 destinée à coopérer avec le système de sécurité 100 de l'invention, comme expliqué ci-après, ainsi qu'un rail d'arrêt 23 coopérant avec un dispositif de freinage 50 ou parachute mécanique susceptible d'être actionné, c'est-à-dire déclenché, par le système de sécurité 100 de l'invention en cas de chute intempestive du bras-porteur 22.

[0024] Plus précisément, comme illustré sur les Figures 3 et 4, le système de sécurité 100 de l'invention comprend un arbre 4 rotatif d'axe AA, de forme générale cylindrique, portant un pignon 5, une roue à rochet 1 et une came rotative 2, ces éléments étant fixés solidairement à l'arbre 4.

[0025] Le pignon 5 lorsqu'il se déplace dans la crémaillère 24 du mât 21, entraîne en rotation l'arbre 4 sur lequel il est agencé, lequel arbre 4 entraîne alors la roue à rochet 1 et la came rotative 2 qui sont agencés solidairement sur celui-ci. L'arbre 4, le pignon 5, la roue à rochet 1 et la came rotative 2 forment en fait un ensemble solidaire en rotation.

[0026] Le système de sécurité 100 comporte en outre un levier pivotant 3, ainsi qu'un élément de contre-came 9 fixe.

[0027] Le levier pivotant 3 est de forme allongée et est doté d'une première extrémité 3a libre susceptible d'actionner le dispositif de sécurité 50, et une deuxième extrémité 3b portant un bras pivotant 6, qui lui-même porte un cliquet 7 à l'une de ses extrémités et un galet rotatif 8 à son autre extrémité.

[0028] Le levier pivotant 3 pivote ou bascule préférentiellement autour de l'axe AA de l'arbre 4. Pour ce faire, il peut être constitué d'une pièce de forme oblongue percée en son centre d'un orifice de passage traversé par l'arbre 4.

[0029] Par ailleurs, le bras pivotant 6 pivote ou bascule autour d'un axe BB distinct de l'axe AA mais préférentiellement parallèle ou quasi parallèle audit axe AA.

[0030] La roue à rochet 1 est formée d'un corps ou roue munie sur tout son pourtour d'une ou plusieurs encoches 11 destinées à coopérer avec le cliquet 7 du bras pivotant 6 comme expliqué ci-après et illustré sur les Figures 5A à 5D.

[0031] Par ailleurs, la came rotative 2 comprend, quant à elle, un corps central 16 muni d'une ou plusieurs projections radiales 12 ou dents disposées sur le pourtour dudit corps 16 et faisant saillie vers l'extérieur.

[0032] Le galet rotatif 8 est apte à et conçu pour coopérer avec la came 2 rotative pour détecter une variation brusque de vitesse au-delà d'une valeur-seuil Vs donnée, correspondant à une chute inopinée du bras-porteur 2, puis avec le rail 19 de l'élément de contre-came 9 après pivotement du levier pivotant 3 et actionnement du dispositif de sécurité 50 servant à arrêter la chute.

[0033] Plus précisément, lorsque le bras-porteur 22 21descend le long du mât 21, ce mouvement de descente est transmis par l'intermédiaire de la crémaillère 24 de la Figure 1 ou 2, au pignon 5 porté par le bras 4, lequel pignon 5 est alors entraîné en rotation et entraîne avec lui en rotation l'arbre 4, donc aussi la roue à rochet 1 et la came rotative 2.

[0034] Comme illustré sur la Figure 5A, tant que la vitesse de descente du bras-porteur 22 le long du mât 21 est normale, la rotation de l'arbre 4 est également normale, c'est-à-dire la vitesse de rotation Va du pignon 5 et donc de l'arbre 4 reste inférieure à une vitesse-seuil Vs (Va < Vs) et le galet rotatif 8 reste en contact permanent ou quasi-permanent de la came rotative 2 et va rouler sur le contour périphérique de la came 2, en particulier suivre le profil formé par les projections 12 ou dents en saillies.

[0035] Comme illustré sur la Figure 5B, en cas de chute du bras-porteur 22, la vitesse de descente du bras-porteur 22 le long du mât 21 augmente brusquement, ce qui se traduit par une augmentation subite de la vitesse de rotation du pignon 5 du fait d'une accélération de son déplacement dans la crémaillère 24 causée par la chute du bras-porteur 22. Cette augmentation rapide de la vitesse de rotation du pignon 5 engendre alors également une augmentation rapide de la vitesse de rotation de l'arbre Va qui devient brusquement supérieure ou égale à la vitesse-seuil Vs déterminée (Va>Vs).

[0036] A titre d'exemple, la vitesse-seuil Vs peut être comprise entre 2 et 5 m/min. Toutefois, la vitesse peut être adaptée au cas par cas par simple changement du diamètre du pignon d'entraînement 5.

[0037] Cette accélération de rotation de l'arbre 4 et donc de la came rotative 2 va produire une action centrifuge de la came 2 qui va aller repousser brusquement le galet 8 dans une direction radiale tendant à l'éloigner de la came 2.

[0038] Le galet rotatif 8 qui est violemment repoussé par la came 2 en éloignement par rapport à celle-ci, va provoquer un basculement du bras pivotant 6 sur lequel il est agencé, et dans le même temps un mouvement de rapprochement du cliquet 7 porté par l'autre extrémité du bras pivotant 6 en direction de la roue à rochet 1, et l'engagement dudit cliquet 7 dans l'une des encoches 11 de la roue à rochet 1.

[0039] Comme montré en Figure 5C, le cliquet 7 une fois engagé dans l'une des encoches 11 et le bras pivotant 6 qui le porte vont alors être soumis au mouvement rotatif de l'arbre 4 sur lequel est fixée la roue à rochet 1 et par conséquent être entraînés selon une trajectoire courbe, par ladite roue à rochet 1.

[0040] L'entraînement du bras 6 et du galet 8 par la roue 1 va alors provoquer un basculement du levier 3 qui porte le bras 6. En basculant, le levier 3 va alors actionner le système de freinage ou parachute mécanique 50 de manière à déclencher son fonctionnement est stopper le mouvement de chute brutale du bras-porteur 2.

[0041] Par ailleurs, comme montré sur la Figure 5D, le basculement du levier 3 autour de l'axe AA est stoppé lorsque le galet rotatif 8 vient coopérer avec le rail de guidage 19 de l'élément de contre-came 9 fixe, en pour arrêter ledit basculement du levier 3, ce qui va en outre désengager le cliquet 7 de l'encoche 11 de la roue à rochet 1 et le levier 3 n'est alors plus sollicité. En fait, le profil du rail de guidage 19 de l'élément de contre-came 9 fait office de contre-came à proprement parler.

[0042] Il est à noter que l'élément de contre-came 9 porte également une butée de terminale 19' permettant de stopper une course excessive du galet 8 le long du rail de guidage 19. Toutefois, en fonctionnement normal, le rail de guidage 19 faisant office de contre-came permet à lui seul de stopper le mouvement du galet 8.

[0043] Le rail de guidage 19 et l'élément de contre-came 9 sont formés d'une pièce unique, de préférence la butée terminale 19' est formée également au sein de cette pièce unique.

[0044] Après déclenchement, le système de sécurité 100 de l'invention doit être réarmé de façon manuelle.

[0045] Le système de sécurité 100 de l'invention peut équiper différents types d'installation avec plateforme embarquée mobile verticalement.

[0046] A titre d'exemple, comme illustré sur la Figure 6, une potence 20 équipée d'un système de sécurité selon l'invention peut être utilisée pour souder 60 des structures tridimensionnelles de grandes dimensions, c'est-à-dire de plusieurs mètres de diamètres, que la soudure soit circulaire 61, par exemple pour assembler deux viroles circulaires ou tronconiques 63, 64 l'une à l'autre, ou linéaire 62, par exemple pour réaliser la soudure de fermeture d'une virole. La potence 20 peut être posée ou fixée sur le sol ou, le cas échéant, mobile sur des rails, des roues ou analogues.

Revendications

1. Système de sécurité (100) comprenant :

- un arbre (4) rotatif d'axe AA portant un pignon (5), une roue à rochet (1) et une came rotative (2),

- un levier pivotant (3) comprenant une première extrémité (3a) libre et une deuxième extrémité (3b) portant un bras pivotant (6), ledit bras pivotant (6) comportant un cliquet (7) et un galet rotatif (8), et

- un élément de contre-came (9) comprenant un rail de guidage (19).

2. Système de sécurité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le levier pivotant (3) pivote autour de l'axe AA de l'arbre (4).

3. Système de sécurité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bras pivotant (6) pivote autour d'un axe BB parallèle à l'axe AA de l'arbre (4).

4. Système de sécurité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le cliquet (7) du bras pivotant (6) est apte à et conçu pour coopérer avec la roue à rochet (1), de préférence avec une ou plusieurs encoches (11) portées par la roue à rochet (1).

5. Système de sécurité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le galet rotatif (8) apte à et conçu pour coopérer avec la came (2) rotative ou avec le rail de guidage (19) de l'élément de contre-came (9).

6. Système de sécurité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la came rotative (2) comprend un corps central (16) muni d'une ou plusieurs projections radiales (12) disposées sur le pourtour dudit corps (16) et faisant saillie vers l'extérieur.

7. Système de sécurité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lorsque la vitesse de rotation (Va) de l'arbre (4) est inférieure à une vitesse-seuil (Vs) déterminée, alors le galet rotatif (8) reste au contact de la came rotative (2) durant la rotation de l'arbre (4).

8. Système de sécurité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lorsque la vitesse de rotation (Va) de l'arbre (4) est ou devient supérieure ou égale à la vitesse-seuil (Vs) déterminée, alors le galet rotatif (8) est repoussé par la came (2) en éloignement par rapport à ladite came rotative (2) en provoquant un basculement du bras pivotant (6) et l'engagement du cliquet (7) dans l'une des encoches (11) de la roue à rochet (1).

9. Système de sécurité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'engagement du cliquet (7) dans l'une des encoches (11) de la roue à rochet (1) engendre un basculement du levier (3) relié par pivotement au bras pivotant (6) portant le cliquet (7) et le galet rotatif (8).

10. Système de sécurité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'après basculement du levier (3), le galet rotatif (8) coopère avec avec le rail de guidage (19) de l'élément de contre-came (9) pour arrêter ledit basculement du levier (3), de préférence le galet rotatif (8) vient en butée contre le rail de guidage (19) de l'élément de contre-came (9).

11. Système de sécurité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lorsque le galet rotatif (8) vient au contact du rail de guidage (19) de l'élément de contre-came (9), le cliquet (7) se désengage de l'encoche (11) de la roue à rochet (1).

12. Installation avec plateforme pour opérateur embarqué mobile verticalement, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'un système de sécurité (100) selon l'une des revendications précédentes.

13. Potence (20) à bras-porteur (22) mobile le long d'un mât vertical (21), en particulier une potence (20) de soudage à opérateur (30) embarqué, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'un système de sécurité (100) selon l'une des revendications 1 à 11.

14. Potence (20) selon la revendication 13, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un dispositif mobile intermédiaire (25) coulissant le long du mât portant le bras, le système de sécurité (100) et un dispositif de freinage (50), le pignon (5) de l'arbre rotatif (4) dudit système de sécurité (100) coopérant avec une crémaillère (24) portée par le mât vertical (21), et l'extrémité libre (3a) du levier pivotant (3) étant apte à et conçue pour venir actionner le système de freinage (50) lorsque la vitesse de rotation (Va) transmise par le pignon (5) à l'arbre (4), lorsque ledit pignon (5) se déplace le long de la crémaillère (24), est ou devient supérieure ou égale à la vitesse-seuil (Vs) déterminée de rotation de l'arbre (4).

15. Procédé de soudage, en particulier à l'arc submergé, dans lequel on utilise une potence (20) selon l'une des revendications 13 ou 14, en particulier pour souder ensemble des viroles de 3 à 10 m de diamètre.

Dessins