Vérification dimensionnement d'une potence de levage

[Jeandominiquelaure61]

Bonjour,

Avant de me lancer dans la fabrication, je viens ici pour une vérification du dimensionnement de la potence de levage que je souhaite installer sur un petit débardeur de bois que j'ai ''bricolé '' sur la base d'un ancien dumper AUSA.

Afin de limiter la manutention du bois de chauffage que je fais chaque année ( env. 15 stéres ), je viens d'installer une ''mini fagotteuse - 1/3 de stére '' sur celui-ci. Pour la manutention, je souhaite installer une potence sur le chassis de sorte à me permettre le chargement du fagot directement dans ma remorque que je laisse à l'entrée du bois.

Je pense que l'on peut estimer qu'un fagot - 1/3 stére ( bois bûche fendu sur place ), pése autour de 250 Kg, donc pour la base de dimensionnement de la potence je pars sur 300 Kg. A noter également que le choix de faire des fagots 1/3 stére correspond à la limitation mécanique de mes moyen de manutention ainsi qu'a la base du débardeur AUSA qui par ses dimensions réduites et son poids à vide : 750 Kg, me permet un transport aisé mais me limite au niveau du déchargement : Risque de renversement !

Pour la réalisation de la potence, je suis parti sur les élements suivants :
- Au niveau du bras articulé ( fléche ), l'épure ci-dessous donne les principales dimensions :

Détail de la colonne et de la liaison de la fléche :

Mes quelques notions de RDM remontant au siécle dernier ( et pas misent en application durant ma carriére professionnelle .. ), quelqu'un pourrait-il m'aider pour :
- Valider les éléments de calcul de la petite vérification de stabilité lors du déchargement sur la base du schéma ci-dessous :

- Le calcul de la contrainte et de la flexion de la colonne qui sera fixée sur le chassis de l'engin ( soit boulonnée ou soudé / voir les deux ! ) :
Malgré mes recherches sur le forum, je n'ai rien trouvé qui me permette de m'en sortir ..... même si je pense que la colonne est largement dimensionnée pour la charge, j'aimerai pouvoir fixer cela par le calcul. Ci-dessous la base que j'ai commencé .. mais je séche !

Merci d'avance,

Jean-Claude

 

[Yoda78]

Mon avis pour le basculement :
Pour ton calcul de basculement il faut que tu ajoutes les effets dynamiques 1.3g (soit +30%) pour l'accélération due au treuil + Les efforts dynamiques transversaux dus aux mouvements de la charge. Lorque tu lève ta charge tu vas la faire pivoter et la stopper en position ce qui induit des accélérations horizontales en X et Y. Sur ce type d'utilisation je ne sait pas trop ce que l'on considère, moi je tablerai sur 0.5g (50% de la charge) en transversal pour être couvert. Il faut donc recalculer le moment de basculement avec ces composantes dynamiques.
Les super pros du calculs de ce type d'équipement pourront surement être plus précis.

Nota : sur ton croquis, tu as mentionné en rouge Fc=300kg, je pense que c'est Fp non ?

 

[Jeandominiquelaure61]

@Yoda78 . Merci pour tes remarques.
1 - Dans le calcul Fp = 300 Kg ( p'tite coquille sur mon schéma ).
2 - Effets dynamiques lors du pivottement. Je comprend ta remarque et je pense quelle doit être incluse dans le calcul .. mais comment ?
Pour l'estimer : Je vais pour l'instant utiliser un treuil à chaine manuel mais certainement un treuil '' # Quad '' ultérieurement. Lors de la rotation je prévois l'assister à l'aide d'une corde accrochée au niveau de l'ancrage du treuil, donc je pense que l'effet dynamique sera modéré.
Pour le calcul, l'intégrer avec une majoration de la charge initiale ou formule spécifique ?

 

[kawah2]

ce bras tournera à 180°? quelles sont les voies de ce dumper, 100cm?

 

[Jeandominiquelaure61]

@kawah2
Il s'agit d'un AUSA # 108 ( Largeur 108 Cm ) . De par construction, une partie du poids de l'engin est déportée d'un coté ( moteur décalé de l'axe de l'engin afin de laisser de la place pour le poste de pilotage ). De plus le chassis de la fagoteuse que j'ai faite est egalement déporté ( du même coté que le moteur. J'ai prévu d'implanter la colonne de la potence du coté du poste de pilotage, juste derriére la roue motrice.
Cette configuration me fait bénéficier de la postion hors d'axe du centre de gravité de l'engin => la côte de 60 cm que j'ai prise dans mon calcul de stabilité.
Au niveau du bras, de part construction, le débattement est de 180°. Par contre, dans la configuration que j'ai prévu, l'utilisation sera de l'ordre de 140 ° ( Vu de dessus ; de 3H à 8 H si c'est plus visuel ). Si cela s'avérait nécessaire, je pourrai prévoir une butée mécanique.

 

[kawah2]

mais tu ne comptes pas lever ou déplacer tes 300kg autrement que de face?

 

[Jeandominiquelaure61]

Je suis pas sûr d'avoir bien compris '' autrement que de face ''.

L'idée est de faire les fagots directement aprés avoir débiter le bois en 1m ( il s'agit d'éclaircies donc trés peu de bouts sont à refendre sur place ). Ensuite je sors du bois avec l'engin pour venir sur le coté ma remorque. A l'arrêt je procéde à la manutention : levage , rotation du bras pour venir au dessus de la remorque et déchargement. Donc comme je l'ai représenté sur mon 1er schéma, la charge passera sur le coté du dumper.

 

[kawah2]

ta potence est donc désaxée, et le moteur ferait "contre poids"? 90cm, disons 30 sur le chassis, donc la charge serait à 60cm du bord du dumper? tu vires la benne?

je vois qu'il y a 1t de charge utile, ça permet de placer des contre poids bien bas, si on enlève le poids de la benne en plus, ça permet deja de faire quelque chose
il n'y a pas un vérin pour la benne? et utiliser la pompe hydraulique pour faire une petite grue hydraulique?

 

[Yoda78]

@Yoda78 . Merci pour tes remarques.
1 - Dans le calcul Fp = 300 Kg ( p'tite coquille sur mon schéma ).
2 - Effets dynamiques lors du pivottement. Je comprend ta remarque et je pense quelle doit être incluse dans le calcul .. mais comment ?
Pour l'estimer : Je vais pour l'instant utiliser un treuil à chaine manuel mais certainement un treuil '' # Quad '' ultérieurement. Lors de la rotation je prévois l'assister à l'aide d'une corde accrochée au niveau de l'ancrage du treuil, donc je pense que l'effet dynamique sera modéré.
Pour le calcul, l'intégrer avec une majoration de la charge initiale ou formule spécifique ?

A la grosse pour le 2) tu majores ton poids de 30% et tu ajoute un effort horizontal de 50% de la charge soit 150kg qui va t'induire un moment supplémentaire. Comme ça tu tiens compte des effets dynamiques.
Ce sera important pour le basculement mais aussi pour la tenue de flèche et du fût.
J'ajoutes que si tu voulais un calcul dans les règles de l'art, il faudrait trouver le bon règlement qui s'applique pour ce type de materiel et d'activité afin d'appliquer les bon coefficients de majoration et les limites de contrainte acceptables. Parce que pour les calculs du mat et de la flèche les contraintes Von Mises ne devront pas dépasser par exemple 0,6Fy (soit ne pas dépasser 141MPa ou 14,1 daN/mm2). Bon c'est un peu technique et en plus encore un peu plus compliqué que ça mais si déjà tu reponds à ce cahier des charges c'est bien couvert (même si ce n'est pas tout à fait règlementaire car il faut peut etre aussi tenir compte d'un levage avec la grue dans une pente de 2 ou 3°ce qui ajoute encore à la charge etc...).
Après c'est une vrai étude de bureau d'étude, ce n'est peut etre pas ce que tu recherches non plus.

 

[Jeandominiquelaure61]

@ kawah2 :
Oui mon idée est de tirer profit de ce décalage. La potence est bien désaxée.

Dés que je serais de retour chez moi ( courant semaine prochaine ), je ferai une photo de l'engin avec la fagoteuse positionnée à la place de la benne d'origine.

Je viens de retrouver sur mon PC une ancienne photo du dumper tel que je l'avais modifié il y a environ 10 ans et utilisé en l'état depuis ( me permettant de sortir env. 1 stére à chaque voyage ). Mais cela engendre de nombreuses manutentions manuelle avant que le bois soit arrivé chez moi et stocké ! d'ou la modification en cours pour installer une petite fagoteuse à la place du chassis actuel pour mécaniser ces manutentions.

C'est un modéle de base sans hydraulique. J'ai eu l'occasion de vérifier le poids à vide aprés modification en débardeur ( avec les masses additionnelles que j'avais installées ) : 745 Kg

@Yoda78 :
Je pense avoir compris, je remets mon calcul à jour sous peu.

 

[kawah2]

donc quasi au bord, il va basculer avec 300kg a 90cm
c'est un 4X4?

tu dis que tu sortais 1 stère avec, par voyage? donc tu chargeras 3 fagots pour faire un voyage?

 

[Alex31]

Pour idées
tu peux ajouter une béquille de stabilisation

voici un exemple avec 1 seul béquille (qui peut être déplacé a droite ou à gauche)


ou
j'ai volontairement choisi la vidéo ci dessus avec une mono béquille
à comparer avec pleins de vidéos de remorque de débardage pour quad (avec 2 béquilles)

https://www.youtube.com/results?search_query=atv+timber+trailler+crane+diy

 

[Jeandominiquelaure61]

@kawah2
Non ce n'est pas un 4x4. Le terrain est relativement plat là ou je fais mon bois, par contre certaines surfaces très humides en fin d'hiver. Pour ces endroits, j'ai fait un jumelage sur les roues motrices + 80 kg de masses et ça sortait très bien.

Je ne chargeais pas 3 fagots mais les bouts un par un => la manutention et le temps passé .. c'est pour cela que je suis en train de le modifier pour me simplifier la tâche.

@Alex31
Dans la mesure du possible je voudrais mettre en place une solution pour éviter de mettre une béquille de stabilisation .... A voir si cela pourra se faire.

Avant d'aller vers cette solution, je testerai si mettre une masse coté opposé à la potence peu convenir.

J'ai aussi possibilité de réduire légérement la longueur de la fléche. Je suis parti sur une longueur de 900 mm mais je pense que pour le déchargement une fléche de 750 .. 800 mm convendrait.

 

[kawah2]

ok, le choix t'appartiens, mais a ta place je ferais une "vraie" petite grue, avec un vérin et un treuil, voir même une rotation motorisée, ce serait un beau challenge et une belle occupation pour les soirées d'hiver


maintenant, comment se présente le bois? il sera deja lié par "bottes", ou c'est a toi de le faire?

 

[CNC_FONTAINE]

Bonjour Jeandominiquelaure61,

J'ai regardé un peu ton montage, oui c'est dimanche on a un peu de temps , le bras n'est pas assez rigide pour la charge, la colonne pas de problème.(J'ai placé 2950 N sur le dernier trou en considérant la base de la colonne fixée) la flèche est très importante. Au niveau des contrainte juste une pointe qui n'est pas représentative). Il faudrait passer sur un tube plus haut que 80mm à mon avis. Voir le fichier en PJ.

 

[Jeandominiquelaure61]

@kawah2
Mon projet doit être opérationnel courant Novembre donc je vais rester sur une version basique ( manuelle ). D'autre part, l'utilisation se limitera à env. 60 manoeuvres par an ( env. 20 stéres ).

@CNC_FONTAINE
Bonjour et merci d'avoir pris du temps pour regarder mon projet. Je regarde de plus près votre analyse et me permettrai de revenir vers vous ensuite si cela ne vous dérange pas.

 

[kawah2]

@kawah2
Mon projet doit être opérationnel courant Novembre donc je vais rester sur une version basique ( manuelle ). D'autre part, l'utilisation se limitera à env. 60 manoeuvres par an ( env. 20 stéres ).

bien sur, mais rien ne t'empèchera de faire évoluer l'ensemble si le besoin s'en fera sentir

 

[Jeandominiquelaure61]

Bonsoir CNC_FONTAINE

Encore merci pour votre analyse. Avec vos éléments de calcul, ce soir j'ai regardé de mon côté comment je pourrais renforcer le plus simplement possible la construction de la flèche à partir des profilés dont je dispose.

Edit : Je n'avais pas pris en compte votre remarque concernant l'accrochage du palan, j'ai révisé mon plan en conséquences en mettant 2 plats soudés en bout de flèche. Ci-dessous le plan révisé.

• Ajout d’un tube carré 40 * 40, épais. 4 rapporté soudé sous le tube rectangulaire initial
• Raccordement du plat de 40 * 15 sur ce dernier en extrémité ( avec ajout d’un 3éme perçage pour accrochage du palan )
• REMARQUE : Dans le même principe, si le tube carré de 40 *40, épais. 4 ne convenait pas, je pourrai carrément ajouter un second tube rectangulaire de 80 * 40, épais. 4 si cela se justifie.
• Accrochage du palan en bout de flèche modifié. Mise en place de 2 plats soudés
• J’ai également augmenté la longueur du plat inférieur au niveau de l’articulation. (A confirmer si cela apporte quelque chose ? )

Le principe de l'articulation restant quant à lui inchangé .

 

[CNC_FONTAINE]

Bonjour Jeandominiquelaure61,​

Je jette un coup d'oeil ce soir. Peut-être qu'ajouter une 2eme articulation comme le propose Alex31 serait l'ideal?

 

[Jeandominiquelaure61]

Bonjour,

Bonjour Jeandominiquelaure61,​

Je jette un coup d'oeil ce soir. Peut-être qu'ajouter une 2eme articulation comme le propose Alex31 serait l'ideal?

Voir la pièce jointe 734209​

Augmenter la hauteur de construction du bras de la flèche correspond à cette idée. Plus simple de garder un seul axe de rotation.
A voir si cela suffira.

 

[Jeandominiquelaure61]

Concernant le calcul au basculement, j'ai fait un croquis de principe '' vue de dessus '' de l'engin ( plus ou moins à l'échelle ! ). Avec l'ajout d'une masse supplémentaire de 80 Kg ( récupérée sur un dumper similaire ), je vérifie la condition de stabilité pour les longueurs d'ancrage suivantes :
- Ancrage à 800 mm : Charge théorique de basculement : 600 Kg
- Ancrage à 900 mm : Charge théorique de basculement : 530 Kg

Sachant que la manoeuvre se fera sur une aire de chargement en bordure du bois, emplacement pouvant être considéré comme plat et la rotation de la charge pouvant être contrôlée ( effets dynamiques négligeables ), a mon avis , pour une charge utile estimée de 300 Kg, la marge de sécurité me semble acceptable.

Schéma de principe de l'engin :

 

[Alex31]

rectangulaire de 80 * 40, épais. 4 si cela se justifie.

le plus simple tu double le tube de 80x80 du coté de l'articulation

il n'a pas besoin de faire touite la longeur du bras 1/3,c'est latgement suffissant

si tu analyses ton étude RDM
la partie avec la contrainte maxi est au niveau du trou de l'articulation => le perçage enlève de la matière à l'endroit ou tu en as le plus besoin


pour gagner de la hauteur au palan, remonte les trous de fixations

 

[CNC_FONTAINE]

Salut j'ai regardé tes modifications.

En isolant le bras l'ajout d'un tube 40 améliore la flèche de celui-ci.
En revanche, la colonne fléchie quand même pas mal et mérite toute de même un renforcement (voir les captures d'écran dans le pdf, je t'ai mis plusieurs versions). Il faudrait placer les UPN dans leur plus grande inertie. Je te laisse regarder, une double articulation serait pas mal je pense...

 

[Jeandominiquelaure61]

Bonsoir,

Merci pour ce retour rapide. Je vais prendre le temps de bien regarder tous ces élements.
- Pour le bras, je pense que je passerai avec 2 tubes rectangles de 80 * 40 soudés l'un en dessous de l'autre
- Pour la colonne je regarde ce dont je dispose pour renforcer cette partie.

Je te tiens au courant lorsque j'aurai revu tous cela.

Bonne soirée

 

[Jeandominiquelaure61]

Bonsoir,
J'ai fait le tour des profilés à ma disposition et j'ai un tube carré en acier carbone 120 x 120 x 4.
Malgré sa moindre épaisseur, pensez vous qu'il serait mieux adapté que la version initiale que j'avais tracée avec les 2 UPN de 100 x 6 ?

 

[makno14]

dans le même genre , tu as les leve-sacs utilisés en agricole pour prendre un big bag d'engrais et le vider dans le semoir . ça peut te donner des idées .
je me demandais aussi pourquoi tu ne mets pas la grue sur la remorque : elle te servirait alors pour charger tes fagots et aussi pour les decharger chez toi .

 

[CNC_FONTAINE]

Bonsoir,
J'ai fait le tour des profilés à ma disposition et j'ai un tube carré en acier carbone 120 x 120 x 4.
Malgré sa moindre épaisseur, pensez vous qu'il serait mieux adapté que la version initiale que j'avais tracée avec les 2 UPN de 100 x 6 ?

Salut, j'ai regardé avec du tube 120x120x5 (je n'ai pas l'épaisseur 4mm), je n'ai pas fais la MàJ avec les 2 tubes 80x40 pour le bras. Je te laisse regarder.

 

[Jeandominiquelaure61]

Bonjour,
@makno14
Le bois que j'ai a faire actuellement est à 40 Km de chez moi. Je le ramène avec ma voiture et une remorque '' tribenne - 2T avec double essieux. Je ramène 2 stères par voyage ( 6 de mes petits fagots ). Monter une grue sur celle-ci avait pour moi 3 inconvénients :
- Poids sur la flèche très important. je pense que c'est un inconvénient important même s'il y a des réalisations de ce genre sur le forum
- Impose une flèche de grue très importante : + de 2 m donc dimensionnement en conséquence.
- Ne me dispensait pas du besoin d'avoir un engin mécanique sur place pour faire les fagots, ramener le bois sur le chemin, ...
Avoir un engin à moteur '' qui ne craint rien '' est très pratique pour moi, pour tirer les branches, ... de plus le fait de faire des fagots directement limite énormément la manutention. Je laisse l'engin sur place le soir avec une bâche dessus alors que je n'osait pas le faire avec mon petit tracteur ..
@CNC_FONTAINE
Merci pour ta disponibilité et rapidité. Fonction de nos échanges , je suis en train de réaliser les pièces. L'ensemble de la flèche est bien avancé. Il y a quelques modifications ( pas au niveau des des 2 tubes rectangulaires de 80 x 40 ). Donc les éléments actuels me vont bien. Je mettrai une photo avec les plans de détail correspondants sous peu.
Pour la potence, lorsque j'aurai finalisé le principe avec les profilés dont je dispose, je reviendrai ici avec le plan avant de la réaliser afin de prendre en compte les dernières remarques s'il y a.
Bonne journée
Jean-Claude

 

[FB29]

Peut-être qu'ajouter une 2eme articulation comme le propose @Alex31 serait l'ideal?

Je le pense aussi. Je n'ai pas relu le détail des calculs, mais dans le dessin initial tu avais une hauteur d'articulation de 90 pour un bras de 900 à la louche, soit un rapport 10, ou un bras de levier de 10 si on préfère.

Pour 300 kg de charge cela se traduit par 3 tonnes de traction au point haut de l'articulation. Cela commence à faire. Même pour le faire tourner ça va frotter dur amha.

Je verrais mieux un écart de l'ordre de 300 mini entre point haut et point bas de l'articulation, avec un contreventement à 45°, ce qui ferait un effort de l'ordre de 1 tonne, ce qui me semble plus facile à gérer. Si tu passes à 450 avec un contreventement à 45° on tombe à 600 kg.

 

[Jeandominiquelaure61]

Bonsoir,

J'ai donc commencé la construction de ma petite grue. J'en suis aux pièces de l'ensemble de la fléche. Dans les principales modifications :
- Hauteur d'articulation passée à 200 mm ( au lieu de 90 ), ça va dans le sens de réduire l'effort de traction au point haut de l'articulation tout en gardant le principe d'une seule articulation.
- La longueur de la fléche est réglable : 800 - 900 - 1000 mm ( sachant que pour l'utilisation visée pour une charge estimée de 300 Kg, 800 mm seront suffisant ).

Avec ces 2 améliorations, le rapport de bras de levier mentionné par @FB29 se trouve ramené dans la plage : 4 / 4.5 / 5 ( Donc moitié moins important que dans mon dessin initial ) et la contrainte rèsultante reste acceptable ( j'espére ), même en prenant en compte les effets dynamiques mentionnés par @Yoda78 ( maj. de la charge de + 30 .. 50 % ).

Plan de l'ensemble des composants de la fléche tels que réalisés à ce jour.

Il me reste à faire la partie ''chape'' et la potence. Pour cette dernière, c'est encore en cours .... Je reviendrai sous peu pour avis.

Bonne soirée