Brevet FR2268295A1 — publié le 19751114

L'invention concerne les machines de travaux publics, notamment les dispositifs pour la commande automatique de l'organe mobile d'une machine de travaux publics. Elle peut être appliquée de préférence aux machines de nivellement et aux machines à poser les revêtements routiers. On connaît des dispositifs pour la commande automatique de l'organe mobile d'une machine de travaux publics, dont le fonctionnement est fondé sur le maintien de l'organe mobile dans une position prédéterminée par rapport à un élément de référence. Dans ce dispositif connu, le capteur de position de l'organe mobilepar rapport à l'élément de référence se compose d'un moyen transmettant le déplacement de l'organe mobile par rapport à l'élément de référence et lié mécaniquement à celui-ci, et d'un transducteur transformant le déplacement en signal électrique ; ce transducteur a une plage de proportionnalitd entre le signal électrique de sortie et ledit déplacement d'entrée de l'organe mobile ; il est lié mécanique ment au moyen transmettant le déplacement de l'organe actif la sortie du bloc de consigne de position de l'organe mobile par rapport à l'élément de référence est raccordée à la première entrée d'un bloc déterminant l'écart de l'organe mobile par rapport à la position requise, élaborant l'action de commande, dont la seconde entrée est raccordée à la sortie du capteur de position de l'organe mobile, et dont la sortie est reliée électriquement au mécanisme d'exécution, lequel transmet l'action de commande à 11 organe mobile par l'intermédiaire de l'actionneur de déplacement ; le transducteur transformant le déplacement de l'organe mobile en signal électrique proportionnel est un transformateur différentiel, monté dans un pont de mesure et dont l'armature est liée au moyen transmettant le déplacement de l'organe mobile par rapport à l'élément de référence. Le principal inconvénient dudit dispositif connu consiste en ce que le montage du transducteur ne permet pas de changer la plage de mesure du déplacement d'entrée effectué par l'organe mobile réglable. Un autre inconvénient de ce ispositif connu pour la commande de l'organe mobile d'une machine de travaux publics est le bas niveau du signal électrique de sortie du transducteur et l'impossibilité de son élévation, par suite de l'augmentation importante de l'énergie consommée par le transducteur et de la réaction mécanique de transducteur sur l'élément de référence par l'intermédiaire du moyen transmettant le déplacement de l'organe mobile. Encore un autre inconvénient du dispositif connu réside dans la complexité de sa conception, due à la nécessité d'adjoindre des blocs supplémentaires pour assurer une amplification importante du signal électrique de sortie du transducteur. Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients indiqués. On s'est proposé de créer un dispositif pour la commande automatique de l'organe mobile d'une machine de travaux publics, dans lequel le montage et la conception du transducteur entrant dans la constitution du capteur de position de l'organe mobile seraient tels qu'ils rendraient possible l'extension de la plage de mesure du déplacement de l'organe mobile réglable par rapport à l'organe de référence, le niveau du signal de sortie étant élevé et la consommation d'énergie étant faible. La solution consiste en ce que, dans le dispositif pour la commande automatique de l'organe mobile d'une machine de travaux publics, le capteur de position de l'élément mobile par rapport à l'élément de référence se compose d'un moyen transmettant le déplacement de l'organe mobile par rapport à l'élément de référence et lié mécaniquement à celui-ci, et d'un transducteur transformant le déplacement en signal électrique, ayant une plage de proportionnalité entre le signal électrique de sortie et ledit déplacement d'entrée de l'organe mobile et lié mécaniquement au moyen transmettant le déplacement de l'organe mobile, la sortie du bloc de consigne de position de l'organe mobile par rapport à l'élément de référence est raccordée à la première entrée d'un bloc déterminant l'écart de l'organe mobile par rapport à la position requise, élaborant l'action de commande, dont la seconde entrée est raccordée à la sortie du capteur de position de l'organe mobile et dont la sortie est reliée électriquement au mécanisme d'execution qui transmet l'action de commande à l'organe mobile par l'intermédiaire de l'actionneur de déplacement, et, d'après l'invention, le transducteur transformant le déplacement en signal électrique comporte un. détecteur, un écran plat assurant la relation requise entre le déplacement de l'organe mobile et le signal de sortie du capteur de position de l'organe mobile et lié mécaniquement au moyen transmettant le déplacement de l'organe mobile, et un générateur d'oscillations sînusoidales à haute fréquence couplé magnétiquement à un démodulateur à l'aide d'une paire de bobines, chacune desquelles possède un noyau individuel, la première bobine étant branchée dans le circuit du générateur, la seconde bobine étant branchée sur 11 entrée du démodulateur ; les noyaux avec les bobines sont alignés et liés mécaniquement à l'organe mobile, pendant le déplacement de l'organe mobile par rapport à l'élément de référence, l'écran se trouve dans l'entrefer du noyau où il modifie le couplage magnétique de la paire de bobines en modifiant ainsi le signal de sortie. Il est avantageux que l'écran plat soit constitué par au moins trois portions, le profil de la première portion étant défini par un arc de cercle de rayon égal à la distance entre le centre de rotation de l'écran et le premier point de l'entrefer, déterminant le commencement de la portion de proportionnalité sur la caractéristique du transducteur, le profil de la seconde portion étant défini par un arc de cercle dont la corde est égale à la distance entre ledit premier point de l'entrefer et le second point de l'entrefer, déterminant la fin de la portion de proportionnalité sur la caractéristique du transducteur, et le profil de la dernière portion étant défini par un arc de cercle dont la corde est au moins égale à la distance entre le premier et le second point de l'entrefer ; les rayons de toutes les portions croissent par échelons et progressivement jusqu'à une valeur égale à la distance entre le point de rotation de l'écran et le second point de l'entrefer. I1 est également avantageux de constituer l'écran plat en deux portions1 le profil de l'une d'elles étant défini par une courbe se trouvant dans la zone limitée par une circonférence dont le rayon est égal à la distance entre le centre de rotation de l'écran et le premier point de l'entrefer, et la seconde portion étant un secteur dont le rayon est au moins égal à la distance entre le centre de rotation de l'écran et le second point de l'entrefer, et dont la dimension angulaire est choisie de telle manière qu'il recouvre la portion de l'entrefer comprise entre le premier et le second point. L'emploi d'un tel dispositif de commande automatique fe l'organe mobile d'une machine de travaux publics permet de simplifier la conception et d'élargir la plage de mesure des déplacements exécutés par l'organe mobile réglable par rapport à l'élément de référence. Un autre avantage du dispositif proposé pour la commande automatique de l'organe mobile d'une machine de travaux publics est le haut niveau du signal de sortie du transducteur pour unefaible consommation d'énergie. Dans ce qui suit, l'invention est expliquée par des exemples de réalisation concrets mais non limitatifs, illustrés par les dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente une machine de nivellement avec un dispositif automatique pour la commande de son organe mobile, conformément à l'invention (vue d'ensemble) - la figure 2 représente le schéma électrique du transducteur transformant les déplacements de l'organe mobile en signal électrique, conforme à l'invention - la figure 3 représente la dépendance du signal de sortie du transducteur vis-à-vis du déplacement d'entrée et sa relation avec la portion d'entrefer des noyaux, conformément à l'invention - la figure 4 représente le capteur de position de l'organe mobile par rapport à l'élément de référence et son raccordement à lELément de référence et au montage du dispositif pour la commande automatique de l'organe mobile de la machine de nivellement conformément à l'invention - la figure 5 représente le dispositif pour la commande automatique de 11 organe mobile de la machine de nivellement avec une autre variante de réalisation du capteur de position de l'organe mobile par rapport à l'élément de référence, conformément à l'invention. La description qui va suivre concerne, à titre d'exemple, le cas où la machine de travaux publics sur laquelle est employé le dispositif pour la commande automatique de l'organe mobile est une niveleuse automotrice~appartenant à la catégorie des machines de nivellement. Le capteur 1 (figure i > de position de l'organe mobile par rapport à l'élément de référence est rigidement fixé à la lame 2 de la niveleuse 3, qui est l'organe mobile changeant de position pendant le travail, dans la direction indiquée par la flèche A. le capteur 1 de position de l'organe mobile se compose d'un moyen transmettant le déplacement de l'organe mobile par rapport à l'élément de référence, et d'un transducteur 4 transformant le déplacement de l'organe mobile en signal électrique et ayant dans sa courbe de réponse une portion de proportionnalité entre le signal de sortie et le déplacement d'entrée. Le moyen transmettant le déplacement de l'organe mobile (lame 2) est une jauge 5 liée mécaniquement à un cible 6 qui constitue l'élément de référence et est tendu sur des supports 7 dans la direction du mouvement de translation de la niveleuse. La jauge 5 est aussi liée mécaniquement au transducteur 4 transformant le déplacement de l'organe mobile en signal électrique et dont la sortie est la sortie du capteur 1 et est raccordée à la première entrée du bloc 8 déterminant l'écart de l'organe mobile par rapport à la position requise et réalisé suivant un montage connu de comparaison de deux signaux. La seconde entrée de ce bloc 8 déterminant l'écart de l'organe mobile par rapport à la position requise est raccordée à la sortie du bloc 9 de consigne de position de l'organe mobile par rapport à l'élément de référence, réalisé suivant un montage potentiométrique connu. La sortie du bloc 8 est raccordée, par l'intermédiaire d'un mécanisme 10 d'exécution, qui est une servo-valve à commande électrique, à l'actionneur de déplacement il lié mécaniquement au châssis 12 de la niveleuse automotrice 3 et déplaçant la lame 2 en acc-ord avec l'action de commande. Le schéma électrique de principe du transducteur 4 transformant le déplacement de l'organe mobile en signal électrique est donné en figure 2. le montage comprend un générateur 13 d'oscillations sinusoidales à haute fréquence, réalisé avec un transistor 14 suivant un schéma connu. Dans le circuit du générateur 12 est branchée, une bobine 15 ayant un noyau 16 et couplée magnétiquement avec une bobine 17 ayant elle aussi un noyau 18. La bobine 17 est branchée sur l'entrée d'un démodulateur 19 réalisé suivant un schéma connu. Les noyaux 16 et 18, avec leurs bobines 15 et 17, sont alignés et leur liaison mécanique avec l'organe mobile est montrée par des traits-interrompus. La liaison mécanique de l'écran 25 avec le moyen transmettant le déplacement est aussi montrée par un trait interrompu. La sortie du démodulateur 19 est raccordée à l'entrée d'un émettodyne 20 réalisé lui aussi suivant un schéma connu. Les polies de la source de tension continue sont repercés par convention "+" et "-", et le-signal de sortie est prélevé aux points 3 et C. L'écran plat 21 est placé dans l'entrefer entre les noyaux 16 et 18. Pour assurer une meilleure stabilité en température, le transducteur peut être réalisé avec deux paires de bobines, les premières bobines de chaque paire étant montées en série dans le circuit du générateur, et les secondes étant branchées à l'entrée du démodulateur suivant un montage différentiel connu (non représenté sur les dessins). La figure 3 représente la dépendance du signal de sortie U du transducteur 4 vis-à-vis du déplacement 1 de l'écran plat 21 (figure 3), qui est le signal d'entrée. Le point 22 de cette courbe est le commencement de la portion de proportionnalité, et le point 23, la fin de cette portion, laquelle est déterminée par la portion d'entrefer des noyaux 16 et 18 limitée par la courbe 24. Quand l'écran 21 se déplace dans l'entrefer des noyaux 16 et 18 montré sur la figure 3, le point 6 de la courbe 24 est la projection du point de cet entrefer déterminant le commencement de la portion de proportionnalité de la courbe, et le point J est la projection du point de l'entrefer déterminant la fin de cette portion. Le capteur 1 de position de l'organe mobile par rapport à l'élément de référence et son raccordement à l'élément de référence et aux blocs du dispositif pour la commande automatique de l'organe mobile d'une machine de travaux publics sont représentés en figure 4. Le capteur 1 comprend un arbre d'entrée 25 lié mécaniquement, d'un coté, à la jauge 5 transmettant le déplacement de l'organe mobile (lame 2) par rapport à 1'élément dè référence (câble 6), et de l'autre cavé, à l'écran 21. Dans la variante considérée de capteur 1, l'écran 21 est un disque plat constitué par trois portions 26, 27 et 28. le profil de la portion 26 est un arc de cercle, dont le rayon est égal à la distance du centre de rotation de l'écran au point P de l'entrefer des noyaux 1-6 et 18 déterminant le commencement de la portion de proportionnalité sur la courbe montrée en figure 3. Les profils des portions 27 (figure -4) et 28 sont définis chacun par un arc de cercle dont la corde est égale à la distance entre le centre de rotation de l'écran 21 et le point de l'entrefer déterminant la fin de la portion de proportionnalité ; la corde définissant le profil de la dernière portion peut aussi être plus grande que cette distance. Les rayons des portions 27 et 28 croissent par échelons et progressivement jusqu'à une valeur égale à la distance entre le centre de rotation de l'écran 21 et le point 9 de l'entrefer déterminant la fin deRaportion de proportionnalité sur la courbe représentée en figure 3. Selon la plage requise de mesure des déplacements de l'organe mobile réglable (lame 2), le nombre de portions de l'écran 21 (figure 4) peut être supérieur à trois. Sur le support 29 est fixée la paire de noyau t6 et 18 qui sont placés en vis-à-vis. L'écran plat 21 est place dans l'entrefer entre ces noyaux et il y reste en permanence pendant sa rotation. les noyaux 16 et 18 sont des noyaux ferromagnétiques du type cuirassé, se présentant sous la forme de circuits magnétiques distincts respectifs pour les bobines 15 et 17 couplées magnétiquement. Les bobines 15 et 17, conjointement avec les noyaux 16 et 18 et l'écran plat 21, entrent dans le montage du transducteur 4 transformant le déplacement de l'organe mobile en signal électrique et elles sont représentées en déport du transducteur 4 par convention. Tout le capteur est logé dans un boîtier 30 ayant des paliers avec des joints d'étanchéité pour l'arbre d'entrée 25 et des s.orties pour le raccordement électrique du capteur au bloc 8 (figure 1) déterminant l'écart de l'organe mobile par rapport à la position requise. Un dispositif pour la commande automatique de l'organe mobile d'une niveleuse automotrice avec une autre variante de réalisation du capteur de position de l'organe mobile par rapport à l'élément de référence est représenté en figure 5. Dans cet exemple, le capteur employé est un capteur 41 de position angulaire de l'organe mobile (lame 2) par rapport à la verticale gravitationnelle. le capteur 31 comprend un élément de référence oscillant sur un arbre 32, lequel est le moyen transmettant le déplacement de l'organe mobile par rapport à l'élément de référence. L'arbre 32 est monté dans le boîtier 33 qui est solidaire de la lame 2, l'élément de référence étant un pendule 34 conservant sa position verticale indépendamment de la position angulaire de la lame 2 dans le plan d'oscillation du pendule 34.Le pendule 34 est lié mécaniquement à l'écran plat 35, lequel, dans la plage des déplacements de la lame 2 à mesurer par le capteur 31, se trouve dans l'entrefer de la paire de noyaux 16 et 18 fixés sur le support 29. le support 29 est solidaire du boîtier 33 et les noyaux portent des bobines 15 et 17. les noyaux 16 et 18, conjointement avec les bobines 5 et 17 et l'écran 35, font partie du montage du transducteur 4 transformant le déplacement en signal électrique. Dans la variante de réalisation considérée, l'écran plat 35 est constitué par deux portions 36 et 37. Le profil de la portion 36 est défini par une courbe se trouvant dans la zone limitée.par une circonférence dont le rayon est égal à la distance entre le centre de rotation de l'écran 35 (le point où l'arbre 32 traverse l'écran 35) et le premier point de l'entrefer des noyaux 16 et t8, déterminant le commencement de la portion de proportionnalité sur la courbe du transducteur 4 (point -22 sur la figure 3). La portion 37 (figure 5) est un secteur dont le rayon est au moins égal à la distance entre le centre de rotation de l'écran 35 et le second point de ltentrefer des noyaux 16 et 18, déterminant la fin de la portion de proportionnalité sur la courbe du transducteur 4 (point 23 sur la figure 3).La dimension angulaire du secteur est choisie de telle façon que la portion 37 (figure 5) recouvre dans l'entrefer la portion limitée par la courbe 24 (figure 3) (portion entre le premier point 4 et le second point 9 de l'entrefer). Les bobines 15 et 17, conjointement avec les noyaux 16 et 18 et l'écran 35, font partie du montage du transducteur 4 et sont représentées en déport de celui-ci par convention. Le dispositif pour la commande automatique de l'organe mobile d'une machine de travaux publics fonetinnne de la façon suivante. Au cours du déplacement de la niveleuse automotrice 3 (figure 1) sur la surface à travailler, la lame 2 peut s'écarter de la position requise, fixée par ltélément de référence (cible 6), dans la direction indiquée par la flèche A (figure 4). Cet écart (déplacement d'entrée) est perçu par la jauge 5 et provoque la rotation de l'arbre 25, ainsi que de l'écran 21 qui en est solidaire, d'un angle proportionnel audit déplacement. La rotation de l'écran 21 dans l'entrefer entre les noyaux 16 et 18 fait que les portions 27 (figure 4) et 28 de l'écran 21 recouvrent successivement lez zones limitées par la courbe 24 (figure 3), en modifiant proportionnellement au déplacement d'entrée le couplage magnétique des bobines 15 et 17 et, en conséquence, la tension sinusoidale induite dans la bobine.Cette tension est ensuite redressée et filtrée par le démodulateur 19 (figure 2) et attaque l'entrée de l'émettodyne 20 dont la fonction est d'amplifier le signal de sortie. du démodulateur 19 en puissance. Le signal de sortie du capteur 1 (figure 1) de position de l'organe mobile par rapport à l'élément de référence (câble 6), prélevé aux points B et C (figure 2), attaque la première entrée du bloc 8 déterminant l'écart de l'organe mobile, dont la seconde entrée est attaquée par le signal de consigne de position de la lame 2 par rapport au cible 6, venant de la sortie du bloc 9. L'action de commande, obtenue à la sortie et correspondant à l'écart de la lame 2 par rapport à la position requise, est ensuite appliquée à l'entrée du mécanisme d'exécution 10, lequel agit hydrauliquement sur l'actionneur 11 de déplacement de la lame 2, en ramenant celle-ci à la position requise. A la différence du capteur 7 représenté en figure 4, le capteur 31 représenté en figure 5 réagit au déplacement angulaire de la lame 2, indiqué par la flèche D, par rapport à la verticale grayitationnelle fixée par le pendule 34. Cet écart (déplacement d'entrée) provoque la rotation du boîtier 33 du capteur 31 et des noyaux 16 et 18, qui en sont solidaires par rapport à l'écran 35, lequel est solidaire du pendule 34. L'écran 35 se déplace alors dans l'entrefer entre les noyaux 16 et 18, ce qui provoque le recouvrement, par la portion 37, de la zone limitée par la courbe 24 (figure 3). il s'ensuit un changement du couplage magnétique des bobines 15 et 17 (figure 5), et, en conséquence, du signal issu du transducteur 4 du capteur 31, proportionnel au déplacement d'entrée. Ensuite la commande de l'organe mobile de la machine s'effectue de la manière décrite plus haut. Le dispositif proposé pour la commande automatique de l'organe mobile d'une machine de travaux publics peut être utilisé pour la commande de la position de la lame d'une niveleuse automotrice, de l'organe actif des épandeursniveleurs, des bétonneuses et des fossoyeuses, ainsi que pour la régulation de la position des organes mobiles sur d'autres machines de travaux publics, ainsi que sur des machines de bonification des terres. Un avantage du dispositif proposé pour la commande automatique de l'organe mobile d'une machine de travaux publics est la possibilité de changer facilement l'étendue de mesure du déplacement d'entrée du transducteur 4 (figure 4) grâce à la réalisation de l'écran plat 2t sous la forme de portions juxtaposées. Un autre avantage du dispositif proposé est le haut niveau du signal de sortie pour une faible consommation d'énergie et l'absence de réaction du transducteur 4 sur l'élément de référence, ce qui résulte de ltemploi d'un générateur 13 (figure 2) d'oscillations sinusoïdales à haute fréquence. Le dispositif proposé pour la commande automatique de l'organe mobile d'une machine de travaux publics a encore un montage, consistant en sa conception simple et'sua fabrication facile. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la commande automatique de l'organe mobile d'une machine de travaux publics, du type comportant un capteur de position de l'organe mobile par rapport à un élément de référence, ledit capteur se composant d'un moyen transmettant le déplacement de l'organe mobile par rapport à l'élément de référence et lié mécaniquement à celui-ci, et d'un transducteur transformant le déplacement en signal électrique, ayant une plage de proportionnalité entre le signal électrique de sortie et ledit déplacement d'entrée de l'organe mobile et lié mécaniquement au moyen transmettant le déplacement de l'organe mobile, la sortie d'un bloc de consigne de position de l'organe mobile par rapport à l'élément de référence étant raccordée à la première entrée d'un bloc déterminant l'écart de l'organe mobile par rapport à la position requise, élaborant une action de commande, dont la seconde entrée est raccordée à la sortie du capteur de position de l'organe mobile et dont la sortie est reliée électriquement à un mécanisme d'exécution qui transmet l'action de commande à l'organe mobile par l'intermédiaire d'un actionneur de déplacement, caractérisé en ce que le transducteur transformant le déplacement en signal électrique comporte un détecteur, un écran plat assurant la relation requise entre le déplacement de l'organe mobile et le signal de sortie du capteur de position de 1'organe mobile et lié mécaniquement au moyen transmettant le déplacement de l'organe mobile, et un générateur d'oscillations sinusoïdales à haute fréquence couplé magnétiquement à un démodulateur à l'aide d'une paire de bobines, chacune desquelles possède un noyau individuel, la première bobine étant branchée dans le circuit du générateur, la seconde bobine étant branchée sur l'entrée du démodulateur, les noyaux avec les bobines étant alignées et liés mécaniquement à l'organe mobile, pendant le déplacement de l'organe mobile par rapport à l'élément de référence, l'écran se trouve dans l'entrefer des noyaux où il modifie le couplage magnétique de la paire de bobines en modifiant ainsi le signal de sortie du transducteur. 2. Dispositif selon la revewdication 1, caractérisé en ce que l'écran plat est constitué par au moins trois portions, le profil de la première portion étant défini par un arc de cercle de rayon égal à la distance entre le centre de rotation de 11 écran et le premier point de l'entrefer des noyaux, déterminant le commencement de la portion de proportionnalité sur la caractéristique du transducteur, le profil de la seconde portion étant défini par un arc de cercle dont la corde est égale à la distance entre ledit premier point de l'entrefer et le second point de l'entrefer, déterminant la fin de la portion de proportionnalité sur la caractéristique du transducteur, et le profil de la dernière portion étant défini par un arc de cercle dont la corde est au moins égale à la distance entre le premier point et le second point de l'entrefer ; les rayons de toutes les portions croissent par échelons et progressivement jusqu'à une valeur égale à la distance entre le point de rotation de l'écran et le second point de l'entrefer. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'écran plat est constitué par deux portions, le profil de l'une d'elles étant défini par une courbe se trouvant dans une zone limitée par une circonférence dont le rayon est égal à la distance entre le centre de rotation de l'écran et le premier point de l'entrefer, et la seconde portion étant un secteur dont le rayon est au moins égal à la distance entre le centre de rotation de ltécran et le second point de l'entrefer, et dont la dimension angulaire est choisie de telle manière qu'il recouvre la portion de l'entrefer comprise entre le premier et le second point.