Codeurs dans les machines de construction

Familles de codeurs extrêmement robustes fabriquées par Hengstler.

Hengstler, Aldingen. Les engins de chantier modernes étant principalement commandés et déplacés par des systèmes hydrauliques, l'électronique et les technologies de commande n'ont jusqu'à présent joué qu'un rôle mineur dans de nombreuses applications. Cependant, les aspects liés à la sécurité et les fonctions d'assistance au conducteur ont commencé à s'imposer : les capteurs, tels que les encodeurs ou les potentiomètres, sont de plus en plus utilisés pour fournir à l'unité de commande des données relatives au positionnement, à l'angle et à la vitesse. Dans ce segment, les capteurs doivent répondre à des exigences très élevées. Le fonctionnement en extérieur est soumis à des conditions climatiques variables, c'est-à-dire à des fluctuations de température extrêmes et à l'influence de la saleté, de la poussière et des liquides. Les exigences qui en découlent en matière de robustesse et de protection sont à la base des familles de codeurs nouvellement conçues par Hengstler.

Applications typiques

Les codeurs sont utilisés pour le positionnement et les mesures angulaires, de vitesse et de longueur dans les applications des machines de construction. Ils assument des tâches qui facilitent le travail du conducteur et améliorent la productivité, comme, par exemple, le positionnement direct des charges pour les équipements de levage, ou la limitation des zones de travail pour éviter les collisions. Cependant, ils permettent également d'introduire des fonctions relatives à la sécurité, en envoyant des signaux d'alerte au conducteur dès que la machine entre dans une situation critique. Les charges excessives qui font basculer les équipements de levage (grues de levage, excavateurs) constituent un exemple classique.

Dans les machines agricoles et forestières également, les codeurs facilitent considérablement le travail en automatisant les processus de nombreuses applications, depuis l'ensemencement à vitesse contrôlée dans l'agriculture jusqu'à la mesure automatisée des troncs d'arbres. Les processus automatisés qui augmentent la productivité dans l'agriculture deviennent de plus en plus sophistiqués grâce à l'utilisation de systèmes commandés par satellite. Enfin, des machines spéciales sont utilisées pour l'entretien des voies ferrées, le positionnement des meules, l'exploitation minière et la technologie de forage (contrôle de la vitesse de forage), ainsi que pour les équipements de transport spécial d'objets surdimensionnés, où elles déterminent la position de direction de chaque roue.

En résumé, les codeurs utilisés dans les engins de chantier prouvent toujours leurs capacités dans des conditions extrêmement difficiles en fournissant un retour d'information fiable sur le positionnement, les angles d'excursion ou les vitesses. Les familles de codeurs robustes fabriquées par Hengstler convainquent par leur technologie totalement exempte de contacts glissants et garantissant une fiabilité et une longévité élevées. Les types de codeurs absolus programmables, en particulier, ne nécessitent aucun réajustement par rapport à d'autres produits technologiques. Le bon fonctionnement et la précision des potentiomètres, par exemple, sont affectés par les fluctuations de température et l'usure. En outre, les codeurs offrent un balayage complet sur 360°, ce qui permet d'obtenir un retour d'information précis sur un tour complet ou même plusieurs tours. Les versions multitours permettent de lire le nombre exact de tours à tout moment, même après des chutes de tension ou des coupures de courant complètes.

Codeurs dans les équipements de levage mobiles, par exemple les excavateurs hydrauliques et les grues mobiles

Comme nous l'avons déjà mentionné, les codeurs se prêtent à une grande variété d'applications dans le domaine des équipements de construction. Expliquons leur utilisation à partir d'un exemple dans le domaine des engins de levage, tels que les grues de levage et les excavateurs hydrauliques. Tout d'abord, les fabricants de machines ont plusieurs bonnes raisons d'utiliser des capteurs fiables : les exigences légales en matière de prévention des accidents ou d'immatriculation des véhicules pour la circulation routière sont des critères importants ; l'augmentation de la productivité dans le travail quotidien en est une autre.

Avertissement de surcharge pour un support stable et sûr de l'équipement de levage :

Selon la directive allemande relative à la prévention des accidents (VBG 40), un dispositif d'avertissement de surcharge est requis pour les grues et les excavateurs hydrauliques. Il doit avertir le conducteur dès que la charge autorisée est dépassée. Pour les excavateurs hydrauliques, ce dispositif peut être mis en œuvre au moyen d'un élément de mesure qui détermine la pression de fonctionnement dans le vérin du porte-à-faux (flèche) et transmet un signal d'avertissement au conducteur dès qu'une pression définie est dépassée. Cette fonction peut être assurée par des encodeurs et même complétée par un retour d'information vers le système de commande. En déterminant l'angle d'excursion de chaque axe de rotation du bras de l'excavatrice et de la couronne d'orientation entre le chariot supérieur et le chariot inférieur, il est possible de calculer à tout moment la charge maximale admissible dans le godet de l'excavatrice ou dans la suspension de la grue. Le moment de charge approprié pour chaque position peut être saisi via le logiciel, ce qui permet d'aider le conducteur en lui envoyant des signaux d'avertissement ou même en interférant activement avec la commande du moteur.

Figure 1 : Pelle hydraulique avec avertissement de surcharge

Limiter la zone de travail pour éviter les collisions :

Les travaux de construction doivent souvent être effectués dans des zones confinées, par exemple à proximité de lignes électriques aériennes ou sur des sites où plusieurs grues de levage peuvent se gêner mutuellement, ou encore dans des zones piétonnes. Des équipements de levage tels que des excavateurs hydrauliques, par exemple, peuvent être utilisés dans des bâtiments dont la hauteur de plafond est limitée, ou des grues mobiles dans des stations de chargement ferroviaires avec des lignes électriques aériennes. Dans de tels cas, les systèmes de grue utilisent ce que l'on appelle une zone de travail de sécurité électronique (en allemand : ABB). Un système de contrôle électronique protège contre les obstacles en décélérant la grue lorsqu'elle s'approche trop près d'un obstacle et en l'empêchant ainsi d'entrer en collision avec lui. Les systèmes anticollision sont également utilisés sur les grands chantiers de construction comportant plusieurs grues. Ils surveillent la position de chaque grue et l'empêchent de s'approcher trop près de la grue voisine. Selon le principe décrit ci-dessus, des encodeurs déterminent la position exacte et l'angle d'excursion de la machine et les transmettent à l'électronique de commande.

Un positionnement qui va droit au but :

Figure 2 Grand chantier de construction avec utilisation de plusieurs grues. Les systèmes anticollision aident à prévenir les accidents

Le travail des grutiers sera beaucoup plus facile si les charges sont positionnées directement à l'endroit voulu. Pour ce faire, un encodeur fournit en permanence à l'unité de commande des informations sur la position et la vitesse de la grue. Les points de consigne peuvent ainsi être sélectionnés à l'aide de réglages de rotation microfines, et les effets causés par les conditions de vent ou de charge dominantes peuvent être compensés par des contre-mouvements appropriés.

Approbation de l'immatriculation des véhicules pour la circulation routière :

Les pelles hydrauliques à roue seront autorisées à circuler sur la route si elles sont équipées d'un capteur garantissant que le chariot supérieur est aligné dans le sens de la marche. Les capteurs inductifs sont très souvent utilisés à cette fin. Toutefois, il est désormais possible d'ajouter de nouvelles possibilités aux fonctions décrites ci-dessus en installant un encodeur dans la jante entre le chariot supérieur et le chariot inférieur.

Exigences relatives aux produits

Les exigences techniques essentielles pour l'utilisation des codeurs dans les engins de chantier comprennent un degré de protection élevé, une large plage de températures, une résistance élevée aux chocs et aux vibrations, une résistance élevée à l'eau et à l'humidité, ainsi qu'une résistance élevée de l'arbre à la charge. Les codeurs doivent présenter un degré de protection IP67, voire IP69. Une plage de température allant de -40°C à 100°C garantit un fonctionnement parfait dans des conditions environnementales difficiles, telles que l'exposition directe à la lumière du soleil et les fluctuations de température. Pour éviter la condensation d'eau causée par les phases de chauffage et de refroidissement internes, le boîtier doit être spécifiquement étanche. La résistance aux chocs varie en fonction de l'application, mais doit être de 1 000 m/s2 au minimum ; la résistance aux vibrations doit être de 100 m/s2 au minimum. Étant donné que les équipements de construction sont souvent nettoyés au moyen de nettoyeurs à jet de vapeur, une résistance élevée à l'eau comprimée est également très importante.

Avec sa famille de produits "Heavy Duty", Hengstler propose les codeurs appropriés (HSDxx, HDxx, ARxx) pour répondre à toutes ces exigences, voire les dépasser. Une robustesse mécanique extrêmement élevée est par exemple obtenue par l'utilisation d'un disque optoasique et de codage de pointe en plastique au lieu du type de verre habituel, qui peut se briser dans des conditions de charge extrêmes. Cette série de produits est également disponible avec un boîtier en acier inoxydable conforme aux normes NEMA 4x et 6P avec double étanchéité, ce qui garantit un fonctionnement fiable dans des environnements exigeant une résistance élevée aux nettoyeurs à vapeur à haute pression ou aux produits chimiques corrosifs. Les types de codeurs HSDxx et HDxx sont des variantes à sécurité intrinsèque et, lorsqu'ils sont utilisés avec la barrière IS appropriée, ils sont certifiés ATEX EEx ia IIB T4. Ils conviennent donc aux applications dans des atmosphères corrosives ou aux applications nécessitant une résistance élevée aux éclaboussures et aux coups de bélier.

Hengstler propose une autre famille de produits extrêmement robuste avec sa série de codeurs magnétiques AR-XX. Ses caractéristiques particulières comprennent non seulement un boîtier particulièrement robuste, mais aussi des roulements à billes autonomes largement dimensionnés, ce qui lui permet de résister à des contraintes mécaniques élevées et même à des forces axiales et radiales importantes. La résolution de 12 bits permet d'atteindre des taux d'accélération très élevés et de fonctionner sous l'eau. Tous les produits sont électriquement compatibles avec les codeurs standard et disponibles avec les types d'interface courants (SSI, BiSS, CANopen, analogique ou parallèle).

Les technologies robustes facilitent l'entrée et l'établissement des composants électroniques dans le domaine des équipements de construction. Elles répondent également aux exigences de sécurité, de productivité et de confort de l'opérateur. Même s'il faudra encore quelques années pour que l'électronique remplace l'hydraulique, il est d'ores et déjà évident que le rôle de la technologie des capteurs deviendra de plus en plus important.