Amortissement des chocs de grue
Un amortisseur de grue est monté en ligne sous le crochet et transforme une charge soudaine, comme un pieu qui s’enfonce brusquement ou un à-coup au décollage, en un effort maîtrisé sur sa course. Voici comment il fonctionne, comment dimensionner sa course et les résultats obtenus lors de l’enfoncement brusque d’un ensemble pieu-marteau d’une masse mobile totale de 1,500 t.
- Un amortisseur de grue est un vérin hydraulique doté d’un ressort à gaz, monté en ligne entre le crochet et la charge. Lorsqu’une charge subit un à-coup, tombe ou s’enfonce brusquement, il parcourt sa course et maintient l’effort dans le câble près d’une valeur réglée, au lieu de laisser apparaître un pic.
- L’énergie qu’il doit absorber est l’énergie cinétique de la charge en mouvement ; l’effort qu’il peut exercer correspond au pic admissible moins la charge statique. Sa course permet de relier ces deux grandeurs.
- Premier calcul de dimensionnement : avec 90 % de course utilisable, un facteur effort-course de 0.5 et un DAF admissible de 1.3, une charge arrivant à 3.13 m/s nécessite environ 3.7 m de course.
- Dans une étude comparative menée avec CONSTELLATION sur l’enfoncement brusque d’un ensemble pieu-marteau d’une masse mobile totale de 1,500 t à 5.0 m/s, POLARIS a limité le DAF au crochet à 1.43, contre 2.28 avec une liaison rigide, en utilisant 4.98 m de sa course de 6.0 m.
Les compensateurs de pilonnement traitent le mouvement répétitif dû aux vagues. Un amortisseur traite un événement ponctuel : un pieu qui traverse une couche meuble tandis que la grue tient le marteau, une charge arrachée au pont d’un navire ravitailleur lorsque celui-ci descend, ou une élingue détendue qui se retend brusquement. Sans amortisseur, seuls l’allongement du câble et celui des accessoires de levage arrêtent le mouvement. Cet allongement est faible, donc l’effort est élevé.
Rôle d’un amortisseur
Pendant un levage régulier, l’amortisseur reprend la charge statique comme un maillon de l’élingage. Si la charge subit un à-coup, tombe ou s’enfonce brusquement, l’appareil parcourt sa course. Son ressort à gaz absorbe la première phase de l’événement, puis une soupape s’ouvre à une pression réglée : l’effort dans le câble monte vers la valeur définie et reste proche de celle-ci pendant que la charge est arrêtée. L’énergie de l’événement chauffe l’huile au lieu de produire un pic d’effort dans la grue, le câble et les accessoires de levage.
La forme de cette courbe effort-course détermine la part de course effectivement utilisée. Une courbe qui atteint rapidement le pic admissible et s’y maintient exploite bien la course ; une montée lente en laisse la première partie peu utilisée. Cette part correspond au facteur η du calcul préliminaire ci-dessous.
Dimensionnement de la course
L’événement apporte une énergie cinétique : celle de la masse effective en mouvement m_{\text{eff}} à la vitesse relative d’engagement v_{\text{rel}}. Elle peut aussi être exprimée comme la hauteur de chute libre équivalente h:
L’amortisseur peut utiliser l’effort au-dessus de la charge statique, jusqu’au pic admissible, sur sa course utilisable. Avec W_{\text{ref}} la charge statique de référence du DAF, \psi_{\text{allow}} le DAF admissible, S la course, \mu sa part utilisable et \eta la part du rectangle remplie par la courbe effort-course jusqu’à l’arrêt de la charge (Figure 1), l’énergie absorbable est :
En égalant les deux énergies, on obtient une première estimation de la course nécessaire :
Cette page utilise \mu = 0.9, qui laisse une marge aux butées de fin de course, et \eta = 0.5 dans tout le texte, aussi bien dans l’exemple chiffré que dans la Figure 2. Les courbes réelles remplissent environ la moitié du rectangle : l’effort mobilise une partie de la course pour monter, puis diminue lorsque la charge ralentit. Dans l’étude d’enfoncement du pieu ci-dessous, la courbe en remplit environ 0.53 sur les 4.98 m utilisés ; 0.5 est donc proche et reste prudent.
Exemple chiffré
- L’événement. Une charge entre en prise à la vitesse correspondant à une chute libre de h = 0.50\ \text{m}: v_{\text{rel}} = \sqrt{2 g h} \approx 3.13\ \text{m/s}.
- Les limites. DAF admissible de 1.3, masse effective égale à la masse de référence, \mu = 0.9 et \eta = 0.5.
- La course. À masses égales, le calcul préliminaire se simplifie ainsi :S \ge \frac{h}{\mu\, \eta\, (\psi_{\text{allow}} – 1)}doncS \ge \frac{0.50}{0.9 \cdot 0.5 \cdot 0.3} \approx 3.70\ \text{m}Un appareil de 4 m convient.
Le calcul préliminaire ne vérifie que l’énergie. Le pic réel dépend de la courbe effort-course configurée et de la raideur de la grue, du câble et des accessoires de levage ; une analyse transitoire confirme qu’il reste sous le DAF admissible avec une réserve de course.
Vérification par une étude d’enfoncement de pieu
Dans notre étude comparative CONSTELLATION CS-2026-005, un ensemble pieu-marteau d’une masse mobile totale de 1,500 t s’enfonce à 5.0 m/s. Le même modèle a été simulé deux fois avec un seul jeu de paramètres : une fois avec une liaison rigide, une fois avec un POLARIS de 2,000 t et de 6.0 m de course.
| Résultat | Liaison rigide | Avec POLARIS |
|---|---|---|
| Pic d’effort dans le câble | 37.7 MN | 23.6 MN |
| DAF au crochet, rapporté à la charge statique de 16,553 kN | 2.28 | 1.43 |
| Rebonds avec câble entièrement détendu après l’arrêt | 2 | 0 |
| Course utilisée | – | 4.98 m sur 6.0 m |
Le calcul préliminaire concorde. La masse en mouvement de 1,500 t à 5.0 m/s apporte
Avec une charge statique au crochet de 16,553 kN, au DAF atteint dans l’étude et avec \mu\, \eta = 0.9 \cdot 0.5 = 0.45, chaque mètre de course peut absorber
le calcul préliminaire demande donc 18.75 / 3.203 \approx 5.85\ \text{m} de course. L’appareil de 6.0 m convient et la simulation en a utilisé 4.98 m. Lire l’étude sur l’arrêt du pieu →
Amortisseur ou compensateur de pilonnement ?
Un événement ponctuel oriente vers un amortisseur ; un mouvement répété au rythme des vagues ou une fonction de tension continue oriente vers la compensation de pilonnement. La prise en charge depuis un navire ravitailleur illustre cette distinction. L’à-coup se produit une fois par levage, lorsque le câble reprend la charge pendant que le navire descend ; un amortisseur comme POLARIS l’absorbe. Si la charge reste reliée au pont en mouvement, c’est le rôle d’un compensateur de pilonnement. Entre ces deux situations, le choix dépend de la fréquence de l’événement, du temps nécessaire à la remise en position de l’appareil, de la chaleur produite par les événements répétés et de la course disponible.
Deux conceptions possibles
Les amortisseurs classiques placent le ressort à gaz dans des accumulateurs externes et régulent le débit au moyen d’un étranglement, qui peut être réglable ou non. POLARIS, notre modèle léger, conserve un petit volume de gaz dans un seul vérin hydraulique et régule le débit avec des soupapes conçues par CFD.
| Caractéristique | À accumulateurs | POLARIS |
|---|---|---|
| Principe de fonctionnement | Ressort à gaz dans des accumulateurs externes, avec étranglement hydraulique | Petit volume de gaz interne et soupapes conçues par CFD dans un seul vérin ; sans accumulateurs externes ni pointeaux de réglage |
| Réglage | L’étranglement peut être réglable ou non | Soupape et préréglage choisis pour l’événement défini |
| Masse et encombrement | Les accumulateurs externes ajoutent de la masse et occupent de la place sur le pont | Moins de pièces, donc plus léger et plus compact à fonction comparable |
| Préparation | Remplissage des accumulateurs et réglage des soupapes selon la configuration | Pas de remplissage d’accumulateurs externes ; préréglage selon la configuration |
| Fourniture | Plusieurs fournisseurs | Breveté (brevet norvégien NO 349575) ; fourni uniquement par Norwegian Dynamics |
Questions fréquentes
Quel est le rôle d’un amortisseur de grue ?
Il se place en ligne sous le crochet et transforme une charge soudaine en un effort maîtrisé sur sa course. Si la charge subit un à-coup, tombe ou s’enfonce brusquement, l’appareil parcourt sa course et maintient l’effort dans le câble près d’une valeur réglée pendant l’arrêt de la charge. La grue, le câble et les accessoires de levage évitent ainsi le pic que produirait une liaison rigide.
Comment dimensionner la course d’un amortisseur de grue ?
Commencez par un bilan énergétique préliminaire : S \ge m_{\text{eff}}\, v_{\text{rel}}^{2} / \left( 2 \mu \eta W_{\text{ref}} (\psi_{\text{allow}} – 1) \right), où \mu est la part utilisable de la course et \eta la part remplie par sa courbe effort-course. Vérifiez ensuite le pic réel avec la courbe effort-course configurée et la raideur de la grue, du câble et des accessoires de levage.
Faut-il un amortisseur ou un compensateur de pilonnement ?
L’amortisseur répond à un événement ponctuel : l’enfoncement brusque d’un pieu, un à-coup au décollage, une élingue qui se retend brusquement. La compensation de pilonnement traite les mouvements répétés dus aux vagues et les fonctions de tension continue. Pour les cas intermédiaires, le choix dépend de la fréquence de l’événement, du temps de remise en position, de la chaleur et de la course disponible.
Un amortisseur peut-il absorber l’à-coup lors de la prise en charge depuis un navire ravitailleur ?
Oui. Lorsqu’une charge est soulevée du pont d’un navire ravitailleur et que le navire descend, le câble peut se tendre brusquement ; un amortisseur en ligne comme POLARIS limite ce pic. Si la charge reste reliée au pont en mouvement, un compensateur de pilonnement convient mieux.
Quel a été l’effet de POLARIS dans l’étude d’enfoncement du pieu ?
Dans notre étude comparative CONSTELLATION CS-2026-005, un ensemble pieu-marteau d’une masse mobile totale de 1,500 t s’enfonçant à 5.0 m/s a atteint un DAF au crochet de 2.28 avec une liaison rigide et de 1.43 avec un POLARIS de 2,000 t. Le pic d’effort dans le câble est passé de 37.7 MN à 23.6 MN ; l’appareil a utilisé 4.98 m de sa course de 6.0 m et aucun rebond avec câble entièrement détendu n’a suivi l’arrêt (contre deux avec une liaison rigide).
Comment un amortisseur préserve-t-il la capacité de la grue ?
En maintenant le pic d’effort dans le câble sous la limite du tableau de charges de la grue pour ce levage. Un pic ou un DAF plus faible, une fois vérifié, peut préserver une marge dans la case applicable du tableau ; il faut contrôler la définition de la charge, le rayon et la configuration du tableau, la charge de référence et les critères du projet.
Sources et hypothèses
- Le calcul préliminaire repose sur un bilan énergétique de la masse effective en mouvement, avec \mu = 0.9 et \eta = 0.5 dans tout le texte. η ne compte que l’effort au-dessus de la charge statique, jusqu’à l’arrêt de la charge ; au point de dimensionnement du calcul préliminaire, cela correspond à la course utilisable. La valeur déduite a posteriori de CS-2026-005 (1,500 t à 5.0 m/s, charge statique de 16,553 kN, DAF de 1.43, 4.98 m utilisés) est d’environ 0.53. Le rendement d’absorption d’énergie de la page POLARIS correspond à un autre rapport (l’effort total rapporté à l’effort maximal), ce qui explique sa valeur plus élevée.
- Les résultats d’enfoncement du pieu proviennent de notre étude CONSTELLATION publiée CS-2026-005, une étude modélisée et non une analyse de projet certifiée.
- Le dimensionnement final vérifie la courbe effort-course configurée, la raideur et la précharge de la grue, du câble et des accessoires de levage, la marge de course, la répétition des événements, la remise en position et la chaleur produite, l’environnement ainsi que les exigences du projet ou de l’organisme de classification.
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- la masse en mouvement et la charge statique à laquelle elle est suspendue
- la vitesse d’engagement, ou la hauteur de chute libre ou la distance d’enfoncement
- le pic ou le DAF admissible, et la charge de référence correspondante
- la course et la hauteur libre disponibles
- la fréquence et le lieu de l’événement
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