'i~e~0 92!2060 î PC"T/F6Z92f (It)~R~)
Tit.EUIT. POUR REMORQUAGE 17't~F3.lE'iS IM1~);RGES
La présente invention se rapporte aux treuils qui permet-
tent de remarquer derrière un bâtiment tracteur tel qu'un nAVire
océanographique, un ob3et immergé tel qu'un "poisson" , conte-
nant par exemple un sonar de cartographie du fond marin .
Il est connu de remorquer au bout d'un câble derrière un
bateau un corps immergé appelé poisson en raison de sa ressem-
blance avec cet animal. En dehors de ces périodes d'utilisation
on ramène le poisson à baril du bateau en enroulant le câble de
remorquage sur un treuil. Four faciliter les manutentians le
I U câble passe sur une poulïe folle située à une extrémité d'un
bras articulé à san ~ulre extrêmlté ' sur le bateau, de telle
maniëre qu'en tournant autour de cette articulation ie bras
passe d'une position étendue oü la. poulie surplombe la crier à une
pasttian x°el,evée aü elle surplombe le pont du bateau. Le bras
Z'5 comporte ég~:laament au niveau de cette poulie un dispositif for-
mont bercr~au sur lequel vient' reposer le poisson txpt~ès son rele-
vAge
~omtate te>E'au du tnatc~riel ~:mbarqué dzns le poisson, celui-ci
peut Atteïndre une masse importante de l'ordre de plersieurs
20 tanneà. Caenrne le bâtianent tracteur ne progresse qu'â une ~ri
teese relativement ' réduite, de 1'4rdre d'une dizaine de IlaeL~ds
maximum, en psx°ticulier ~ pour ne pae imposer des efforts de
traction trop importants au câble de remorauage, l'éloignement
du poisson par rapport à la verticale du bateau est relFitivernent
ZS fà,ible et l'angle ~nty°e cette verticale et la droite qui joint
Ie bateau au poïsss~n est typiquement de l'ordre de 30°.
Par aillerars, compte tenu des efforts qu'.il a à subir; Ie
~ câble ~ie'tractian c~st lui-mème gros et lourd.' De ce fait on 'ne
peut paf n~gllget~ son , poids par rapiae~rt à celui du poisson et il
30 surit en autre iir~e traînée importante. D'autre part, i.! présente
une flèche importaotp :far rapport' à lt~ ligne droite joignent le
poisson au bateau.
WO 92/20607 P~/FR92/UU389
2
Sous l'effet des vagues le bateau présente des mouvements
désordonnés qui se répercutent sur le câble et sur le poisson.
En raison des effets vus plus haut, le mouvement du poisson ne
reproduit pas celui du bateau et il n'est donc pas possible de
S compenser simplement, lors du traitement des signaux sonars par
exemple, les mouvements du poisson en tenant compte des mouve-
ments du bateau. D'autre part, les efforts sur le câble dus à
ces mouvements sont tout à fait excessifs et il y a lieu de les
minimiser le plus possible .
Une solution connue à ce problème consiste à soutenir le
bras à l'aide d'un vérin raccordé à un accumulateur pneumati-
que, de manière à ce que le bras oscille autour de son point
d°articulation sur le bateau afin que la téta du bras suive une
trajectoire sensiblement rectlligne à une vitesse à peu près
1 S constante . Comme on le conçoit aisément ce résultat n'e'st obtenu
que de manière tz°ès approximative avec un tel système passif .
Do surcroît, cr~mpte tenu des nnasses et des raideurs en jeu, la
fréquence propre de cet ensemble est dans la plupart des cas
relativement proche de celle de la houlQ, ce qui entraîne des
phénomènes de résonnance susceptibles d'aggraver les contrain-
tes appliquées au càble.
pour pallier ces inconvénients l'invention propose un
treuil pour remorquage d'objets immergés, comprenant une flèche
ayant une base pouvant pivoter sur um axe sensiblement horizon-
2S tai et une tête munie d'une poulie folle destinée à soutenir un
eâble de remorquage, des moyens principaux pour maintenir
cette flèoh~ ~'~levée Par rapport à 1°horizontale selon un angle
d'irxclia~afson o(, variable autour d'aria valeur moyenne '-rC, Q
perres~ttant lis opérations de rennorquage, principalement caracté-
3~ ~.i~~ ~n ce qu'il comporte en outré des ni~oyea~s pour faire varier
l'i><aclinatson de Ia flèche autour de ~,~ d~ manière à limiter
les variations de l'effort de traction sur h câble.
D'âutre~ particularités et avantages de l'invention appa-
raîtront clairemQnt cfAns la d~soriptfon suivante présentée à
t~VO 92/20607 PCf/FR92/()03~9
~~.~~~~â:~
3
titre d'exemple non limitatif et fait en regard des Figures
annexées qui représentent
- la figure 1, un schéma de principe d'un treuil selon
l'invention ;
- la figure 2, une variante de la figure 1 ;
- la figure 3, un diagramme des forces en fonction de l'angle
de la figure 1 ;
- la figure 4, une vue de dessus simplifiée de ce treuil ; et
- la figure 5, un schéma hydraulique de commande des vérins.
I p Sur la figure 1 on a représenté le bras 100 du treuil, qui
est comparable à la flèehp d'une grue qui soutient le câble de
remorquage du poisson. Cette flêche 100 est articulée à une
extrémité par l'intermédiaire d'un axe 101 sur un bâti non repré-
senté, qui est lui-mêue fixé sur le pont du bâtiment de remor-
I5 quage. Le tambour 102 du treuil qui contient le câble de remor
quage 103 tourne autour de cet mxe 101. Ce câble 103 part du
tambour 102, vi~nt tourner auteur d'une poulie folle 104 située
à l'autre extrémité du bras 100 pour descendre ensuite vers le
bas. Quand le câble est déroulé, ll pénètre donc dans la mer
20 pour y remarquer un poisson 11'7.
Un vérin de charge I05 relié à un accumulateur hydrauli
que 116, fixé d'un côté sur le bâti support du treuil et de
l'autre côté sur ' la flèche 100, permet de soutenir celle-ci et
de la faire pivoter autour de l'axe 101 de manière à ce que
25 cette flèche prés~nte un angle ~ avec l~~horizontale.
Loxsqu'oza relève le poisson, celui-ei vient se placer en
bout de éourse dans un berceau non représenté situé à l'extré-
mité de la flèche 100 en dissous de la poulie 104, et le vérin
105 permit, à 1'alde de moyens de gonâ~age non représentés, de
soulwer le bras de manière à remonter le poisson au-dessus du
port eiu batî~aent, 1'az~gle ~ ayant alors une valeur assez
grande: Une fois le poisson rehvé au-dessus de l'eau, celui-ci
est ame~aô au-dessus du pont du bateau, soit par rotation de la
flôche dans le sens horizontal, soit par translation arrière de
celle-ci .
w~ ~zizoso ~ ~cl-iFUyzioo:~~o
_~ ,~,~
Lorsqu'on a par contre déroulé le càble 103 pour remor-
quer le poisson sous l'eau à l'arrière du bâtiment, le vérin 105
abaisse la Flèche de manière à placer l'extrémité de celle-ci
portant la poulie 104 au-dessus de la surface de l'eau, afïn
S d'avoir un débattement correct du Gable 103 par rapport à l'ar-
rière du bateau. L'angle ~ est alors relativement petit.
Dans ces conditions de remorquage, et en fonction des
mouvements relatifs du bateau, de la surface de la mer et du
poisson, la flèche I00 tend à osciller autour de l'axe 101 sous
1 D l'effet des variations de l'effort de traction dus à ces mouve-
menu. En effet, les efforts se reportent sur le vérin de charge
105, lequel étant par exemple du type hydraulique tend à osci.l-
ler sous l'acl:ion de ces efforts autour du point d'équilibre qui
a été fixé par les moyens de gonflage du vérin.
I S Comme on l°a dit plus haut, l'ensemble élastique formé par
tous ces éléments, et notamment par la flèche et le vérin de
charge, ne permet pas d'amortir de manière correcte les efforts
de traction imposés au 'côble 103 par c~s mouvements relatifs.
Selon l'invention, on a disposé en parallèle sur le vérin
20 cie charge 3,05 uri vérin d'asservissement 106 qui est relié à une
servcwalvé 107 alimentée par une pompe 108. Un dispositif de
comanande électronique 1~9 permet de commander la servovalve
IO? de manière à alimenter le vérin d'asservissement 106 par
deux tuyaux d'alimentatïon 110 et 1l1. De cette manière, le
25 vérin 106 vient pousser la flèche vers le haut au la tirer vers
Ie has de' façon à m~inte~nir ~n effort de traction sensiblement
constant sur Ie céble 103, ~ également une altitude sensible-
ment constante en bout de la flèche:
bifférents paramètres peuvent être utilisés pour commander
1~ serVOValve 10i par l'intermédiaire du dispositif de commande
1~9,
~elc~n l'invention, on utilise des capteurs 118 situés dans
Ie poissoaa 117 et qui mesurent 1'assiett~ de ce poisson. Les si-
gn~ux provenant de ces capteurs sont appliqués au boitier de
35 commatxde 109 per une connexion représer~tée distincte çur la
VVE 92/20607 1'C'T/FR92/(D03~9
~~ ~r3r~~~.~
J
Figure, mais qui dans la pratique passe par le câble rle remor-
quage I03, selon une disposition connue dans l'art. En fait il
est même généralement inutile de prévoir des capteurs et des
moyens de transmission spécifiques car ceux-ci existent déjà et
sont utilisés normalement pour corriger les indications des
appareïls, sonar par exemple, contenus dans le poisson. I1 suf-
fit donc d'extraire des organes d'exploitation situés dans le
bateau les signaux correspondant à l'angle d'assiette du poisspn
et de les appliquer au boîtier 109.
1 Q Ce boîtier fonctionne en boucle ouverte en appliquant à la
servo-valve 20? des signaux tendant à ramener l'assiette du
poisson à 0. Si l'assiette augmente, on alimente le verin dans
un sens et si elle diminue, on l'alimente dans l'autre . Le boî-
fier 109 est donc équivalent à un amplificateur différentiel.
1S Comme ce système fonctionne en boucle ouverte, on peut utiliser
un gain relativement important sans tr~rp risquer d'oscillations,
tout au moins dans une certains mesure. En fait il y a bien un
rebouclage, qui est mécanique, par l'intervention de la traction
au câble' lui-même. De ce ~ait la masse de ' l'ensemble câ-
~p ble/poisson et l'élasticité de ce câlJle sont automatiquement
prises en compte darxs la commande_ et les ra".sultals sont excel-
lents:
Dans la pratique; ota constate qu'à partir d'une certaine
valeur du gale de la commande 109 on obtient une oscillation à
une fréquence de 'quelques I-lz, 5, par exemple. LI suffit alors de
'amen~a~ le ~~in à une -valeur légèrement inférieure à cette va-
leur limite pour être tranquille . d~ana toutes les circonstances,
méme' par mer:agitée, tout au mvi~as ;four dis longueurs de câble
inférieures' ~ 50m. W a delà les oseilla~ions ' z°éapparaissent en
30 ~ 'raison 'ode 'l'augmentation de l'élasticité et de la masse. Pour
séduire les oscillations le gain ' est dïvisé par 2 entre 100 et
150an~ puis - par 3 r~u ei~là. En fait on grive finalement à ores
longueur telle que l'élasticité amortit d~elle°méme les mouve-
mvexats pie la houle, et e~~m le dispositif n'est plus nécessaire.
0~0 9zizobo~ pcriFR92ioo3~~~
'1 f%
I
6
Pour compenser les dérives, de l'amplificateur par exem-
ple, on peut introduire dans le signal de commande un signal de
correction provenant par exemple d'un potentiomëtre 115 donnant
la position de la flèche, avec un gain relativement faible, pour
empêcher celle-ci d'aller en butée.
Selon une variante de l'invention, on peut utiliser, comme
représenté en figure 2, un capteur accélérométrique 112 fïxé à
1'extrémlté de la Flèche supportant la poulie I0~1. Ce capteur
est disposé de manière à mesurer sensiblement la composante
verticale de l'accélération. On peut utiliser pour cela différen-
tes dispositions, dent la plus simple consiste à utiliser un
accéléromètre sensible selon un seul axe et fixé à l'extrémité
de la flèche de manière à ce que cet axe soit sensiblement vertf-
cal pour la position de Ia flèche correspondant aux conditions
I S de remorquage standards . C?n a pu constater que cette ~ disposi-
tien était suffisante pour minimiser de manière correcte les
à-coups s~~r le câble car celui-ci peut encaisser des variations
d'efforts raisonnables et il m'est donc pas utile d'obtenir un
systëme parfait qui serait extrèmement difficile à réaliser.
Les signaux provenant de l'accéléromètre 112 saut donc
appliqués au dispositif de commande 109 dans lequel ils subis-
sert un traitement qui permet d'appliquer à la servovalve 10?
dis signaux de commande pour alimenter le vérin 10~ de telle
manière que 1'accélérat~on verticale au niveau de la tête de la
2S ~lëche soit minimale. Le boîtier électronique de commande 109
mit en ouvre un - procédé d'asservissemen tout à fait semblable
à ceux epnnus dains les techniques courantes. Le procédë utllisé
est par exemple constitué d'une dotabl~ intégration amenant à une
comri~ande en position de la flache, au tans sinnple intégration
301 amenant à une ëommande en vit~ssè, les paramètres da ces com-
maz~cl~s permettant c3e minimiser la valeur instantanée de l'accélé-
ration .
La tnlse en oeuvre de ce procédé et de sa variante utilise
dans le boitior de commande soit des circuits analogiques de
3S type Courant, soit clé préférence des circuits numériqueç, tels
W() 92/20601 PCT/FR92/003H~~
f e t
s~~~ â.~~?.~
ciu'un microprocesseur convenablement programrné pour mettre en
oeuvre le procédé .
Comme on l'a soulignë, il n'est ni utile ni nécessaire
d'avoir un dispositif parfait, et dans ces conditions on observe
5 une certaine dérive, de toute façon inévitable dans le cas de la
variante même avec les dispositifs les plus précis puisque l'on
effectué au moins une intégration à partir de la valeur de l'ac-
cëlération. four limiter les effets de cette dérive, on utilise
deux dëtecteurs 113 et 114, du type fin de course par exemple,
1 p qui sont placés de part et d'autre de Ia flèche à des positions
correspondant au débattement maximal admissible, par exemple ~
5° autour de la valéur de consigne de l'angle p( . Ces dïsposi-
tifs sont reliés ata boîtier de commandé 109, et lorsque la flë-
che vient actionner l'un d'entre eux; 1t émet un signal qui est
dëtecté dans ce boïtier de commande, ce qui entraïne une correc-
fion du signal appliqué à la servoval~~e de manière à rappeler
lentement la flèche sur Ia vàleur correat~ de l'angle ~C . On
peut aussi util.i~sër un captéur angulaire 1I5. Dans ce cas la
correction se fait par fntégration longue sur ce capteur angulaire.
Sur le diagramme de la figure 3, on a représenté la force
F totale appliquée à la flèche en fonction de
l'angle~~( °~-X ~, v-~C d ëtant la valeur moyenne qui correspondrait à
une absénae de mouvements du bateau: ~..X ~ et '->C 2 sont les
deux valeurs de butée c~irrespondant aux deux fins de course
Zs ' 1~.3 et 114:
~i a,~n ~Iimentait le vérin ' 105 tout seul pAr une servi o-
~~alve comi7nar~dée par les circuits électroniques; la valeur dQ la
force appliquée par ce vérin de charge 105 varierait autour
Brune valeur moyena~e F~ avec des valeurs extrèra~e~ FI et Fz
3p ~ correspandànt à ~~f L et ,~ ~.' Le tr~vaiï à îournir par Iâ pompe
d'alimëntation de ce vérin ' serait ~lor~ proportionnel à la
surfa~ce~ h~ehtarée cri oblique; qaxi est coxasidérable
En utilisant, selon l'invention, eau vérin auxiliaire câ'as
aervissement 106, Ix force appliquée par le vérin de charge 105
35 reste sensiblement égale à F~ en permanence, alors que la force
wo ~zizo~o; PCT/FR92/0()38()
4
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exercée par le vérin d'asservissement 106 varie entre Fi-F~ et
FO-FZ puisqu'elle vient tantôt renforcer et tantôt contrarier
l'action du vérin de charge. Dans ces conditions, le travail
développé par la pompe 10$ est donc égal à la surface hachurée
en hachures verticales, qui est beaucoup plus petite que la
précédente.
Donc, en utilisant un vérin d'asservissement qui vient se
mettre en parallèle sur Ie vérin de charge, on peut utiliser une
pompe d'une puissance bien plus faible que s'il fallait alimen-
1 p ter directement le vérin de charge . 1"e dimensionnement des
autres organes hydrauliques (servovalve, tuyaux . . . ) est réduit
erg consêquence.
Le montage des deux vérins représentés en figure 1 sur
un même côté de Ia flèche avec les deux axes de poussée;, réunis
correspond à un bnt explicatif .
Pour faciliter la constructïon du disposit f, on utilise
de pa"éférence un montage tel que représenté schématiquement
sur la figure 4 qui correspond à une vue de dessus des éléments
de la figure 1.
Camme on le voit la flèche de Ia grue a une forme triangu-
Iaire dont la base est fixée sur l'axe 101 et dont la tête re-
çoit la paulie 104. Ce triangle est formé de deux bras.
Le vérin de charge 105 est fixé sur l'un des deux bras et
le vérin d'asservissement 106 sur i'autre. Compte tenu des dimen-
sions à uti.Liser p~rur les pièces formant Ia grue, en raison de
l'eâfort permanent de traction à ~uppoa°t~r, il n'y a aucun ris-
que que les efforts en biais o~casiannés par cette disposition
entraînent dis troubles de fonctionnement ou des distorsions de
l'ensemble .
Dans uni variante d~, réalisation représentée sehématique-
ment sur la îigure 5, que l'on a Limitée eux organes utiles pour
comprendre la ariant~, on ~lli~nente non seulement le vérin 106
par la servovalve 107 mais encore 1~ vérin 105. Ce vérin 105
comprend, de manière tout à ~ait normale, une première chambre
35 301 située de l'autre côté de l'axe de poussée 302 par rapport à
V!V(~ 92/2060 î 1'CT/FR92/003R9
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un piston 308 et alimentée par un réservoir sous pression 303
qui permet d'obtenir avec le vérin 105 une force FO sensiblement
constante quel que soit l'enfancement de la tige 302.
Le vérin 105 comprend en outre du côté de la tige de
poussée une deuxième chambre 304, qui est elle-même alimentée
par la sérvovalve 107 de manière à contrarier l'effet de la
pression exercée dans la chambre 301. D'autre part, la servo
valve 107 alimente le vérin 106 de manière à renforcer l'action
du vérin 105.
1 p L'alimentation du vérin 106 peut se faire selon deux moda-
lités différentes
- dans un premier cas, oia les vérins 105 et 106 sont différents,
on utilise un vérin 106 plus petit que le vérin 105 de maniêre à
ce que la chambre 305, située de l'autre côté de la tige de
I5 poussés 306 par rapport au piston 309 d~ ce vérin présente une
section de surface égale à ceïle de la eharnbre 304, compte tenu
de la taille de la tira de poussée 302.
dans ~un deuxième cas; on utllise deux vérïns identiques et on
alimente pour le vérin 106 aussi bien la chambre 305 que la
chambre 307 qui se trouve du côté de ia ~tlge de pousse 306. La
poussée obtenue avec le vérin 106 correspond alors à la diffé-
rence des forces exercées sur les deux faces du piston 309, qui
ne sont pas identiques puisque la section de la tige 306 est ~
retrancher de la surface du piston du côté de la chambre 30? .
Pour que les poussées d'asservissemènt des vérins 105 et 106
soient égales, an choisit alors ces ~rérins, identiques entre
eux; de telle manière due la section des tiges 302 et 306 soit
égale à la surface libre des pistons 30F3 et 309 du côté des
chambr~s 304 et 307.
Il~ existe également dans le commex~ee des vérins comportant
dans un cylindre unlqu~ deux pistons fixés sur une méme tige
de poussée. Le piston situé à l'oxtréctiité de la tige délimite
daais le cylindre une chambre de poussée principale reliée â
l'accumulateur. I,~ piston situé sur la tige dél.ianite, en coopéra-
35 tion avec une cloison intermédiaire fixée sur la paroi interne
w~ ~zizoso ~ P'CT/FR92/o03~i9
~,7~~~~9~'.t9
du cylindre et dans laquelle coulisse la tige , deux chambres
d'asservissement reliées à la servo-valve. Un peut ainsi utili-
ser un vérin unique assurant les deux fonctions .
