Brevet FR2255429A1 — publié le 19750718

La présente invention concerne un perfectionnement appas té aux engins de nivellement, du type niveleuse, épandeuse de bitume, finisseur ou autres engins de travaux publics, ce perfectionnement consistant à équiper ces divers engins d'un dispo sitif de maintien automatiqdel'inclinaison de l'organe de travail par rapport à l'horizontale. Dans ce type d'engins, plus particulièrement destinés à la construction et à la réfection des routes et autoroutes qui doivent présenter un dévers prédéterminé, il est indispensable de maintenir constante l'inclinaison choisie de l'crgane de travail par rapport à l'horizontale. Selon le type particulier d'engin utilisé l'organe de travail peut être constitué soit par une lame soit par un élément d'épandage. Jusqutà présent dans la grande majorité des cas, l'organe de travail, est réglé manuellement par l'intermédiaire d'une vis de positionnement. Ce réglage manuel entrain de graves inconvénients ; il faut notamment prévoir une équipe de géomètres chargés de la vérification du dévers de la route, et bien souvent il s'avère indispensable de procéder à plusieurs passages successifs de l'engin de nivellement, ceci plus particulièrement dans le cas des niveleuses . Dans le cas d'un finisseur on ne peut pas envisager plusieurs passages successifs de l'engin et il convient alors de procéder à un centrale a posteriori à l'arrière de la machine. Il existe déjà quelques dispositifs automatiques de maintien de l'inclinaison de l'organe de travail sur certains engins de travaux publics. Ce sont essentiellement des systèmes à pendule coopérant avec un potentiomètre. L'inconvénient majeur de cette technique antérieure réside dans le fait que dans un pareil système il s'exerce des forces mécaniques qui entrainent des frottements et par conséquent limitent la précision au maximum à environ 1/i000. Sur des largeurs de travail importantes une telle erreur se trouve amplifiée de façon intolérable et il faut alors envisager, soit deux passages successifs de l'engin de nivellement, soit deux engins travaillant simultanément chacun sur une plus faible largeur.Ceci multiplie donc considérablement le travail des géomètres qui ont toujours été contraints, lors de l'utilisation d'engins réalisés selon la technique antérieure, de matérialiser une ligne de référence par un fil fortement tendu le long du profil longitudinal de la route. La présente invention visé à réaliser un dispositif automatique de maintien de l'inclinaison de l'organe de travail par rapport à l'horizontale, qui est à la fois plus précis et qui possède une durée de vie bien plus grande que les systèmes antérieurs faisant appel à un potentiomètre. Selon la caractéristique essentielle de l'invention, le dispositif comporte en combinaison : un support matérialisant l'horizontale sur lequel est monté ledit dispositif ; un niveau liquide, de préférence constitué par un tube en U rempli partiellement de liquide opaque, monté sur ledit support ; un organe de détection solidaire du niveau liquide et permettant de repérer la position de l'interface gaz-liquide du niveau liquide et, des moyens d'amplification électriques ou électromécaniques destinés à actionner les organes de commande permettant de faire varier l'inclinaison de l'organe de travail dans le sens positif ou dans le sens négatif en réponse aux informations provenant des organes de détection. Selon une autre caractéristique fondamentale de l'invention le niveau-liquide est constitué par un tube en U réalisé en matière transparente et dont la branche horizontale présente une longueur relativement grande par rapport à celle des éléments verticaux de tube. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, l'organe de détection est constitué par deux cellules photosensibles placées l'une en dessous de l'autre en regard d'une branche verticale du tube en U. On décrira ci-après l'invention plus en détail en se référant aux dessins annexés donnés à titre d'exemples, non limitatifs, et sur lesquels - la figure 1 représente une vue schématique de c8té d2n engin de nivellement ; - la figure 2,représente une vue schématique de face, à plus grande échelle, de l'outil de travail de l'engin de la figure 1 - la figure 3 représente un, schéma hydraulique de com mande de la variation de l'inclinaison de l'organe de travail - la figure 4 représente un schéma électrique du système de commande du mouvement de montée de l'organe de tra vail ; et - la figure 5 représente un schéma électrique du système de commande du mouvement de descente de l'organede travail. Sur la figure 1 se trouve représenté très schématiquement un engin de nivellement d'un type tout à fait classique et parfaitement connu en soi, sur lequel on ne reviendra pas en détail dans la suite de la description. Cette niveleuse comporte évidemment un organe de travail 10 affectant la forme générale d'une lame concave monté avec plusieurs possibilités de débattement angulaire. Cet organe de travail 10 est associé au chassies 12 de la niveleuse par l'intermédiaire de vérins hydraur liques 14. Sur la figure 2 l'organe de travail 10 peut être soit associé directement au châssis 12, soit à une plate-forme articulée 16 par rapport au chtssis 12, par l'intermédiaire de vérins hydrauliques 13,14. Ces vérins sont convenablement articulés de manière à autoriser les débattements angulaires désirés de l'organe de travail 10. Dans ce mode particulier de réalisation schématisée à la figure 2, les organes de commande de I'inclinaisonoC de l'organe de travail 10 sont constitués uniquement par l'un quelconque des deux vérins hydrauliques 13,14.Dans la suite de la description on supposera que c1 est le vérin 13 qui commande à lui seul les variations d'inclinaison s , alors que le vérin 14 est uniquement destiné à commander la montée et la descente de l'organe de travail 10 indépendemment de l'inclinai- son de ce dernier par rapport à l'horizontale. Le dispositif de maintien automatique de l'inclinaison de l'organe de travail 10 comporte un support 58 matérialisant l'horizontale. Un niveau liquide, schématisé sur la figure 2 par un tube en U 20 est monté sur le support 18. Le tube en U 20, réalisé en une matière transparente,présente une branche horizon- tale de longueur relativement grande'par rapport aux éléments verticaux du tube. Le tube 20 peut par exemple avantageusement être réalisé en un semi-rigidede 4 mm de diamètre et se trouve rempli partiellement d'un liquide opaque quelconque. Ce liquide sera par exemple du mercure, un mélange eau-alcool et colorant, du sulfure de carbone coloré par du bleu de méthylène ou tout autre liquide opaque. Les extrémités supérieures des deux branches verticales du tube-en U 20 sont coiffées chacune par un vase d'expansion 22 qui permet d'éviter toute perte de liquide. Le dispositif selon l'invention comporte également un organe de détection solidaire du niveau liquide et permettant de repérer la position de l'interface gaz-liquide. De plus il comporte des moyens d'amplification électriques et/ou électromécaniques destinés à actionner le vérin hydraulique 13 de manière à faire va rier l'inclinaison de l'organe de travail 10 en réponse aux informations provenant de l'organe de détection. Comme représenté à la figure 2, le support 18 matérialisant l'horizontale est associé à la partie supérieure de l'organe de travail 10. A l'une de ses extrémités 24 le support 18 est monté de façon pivotante sur l'organe de travail 10 et à son autre extrémité le support 18 est couplé à l'organe de travail par l'intermédiaire d'une vis de positionnement 26 permettant de choisir l'inclinaison prédéterminée par rapport à l'horizontale de l'organe de travail 10. L'organe de détection solidaire du tube en U est constitué par deux cellules photosensibles 28 éclairées par une source de lumière 30, les cellules 28 et ladite source de lumière 30 étant disposées de part et d'autre de l'une des branches verticales du tube en U. Avantageusement, les cellules 28, la source de lumière 30 et tout ou partie du tube en U 20 se trouvent noyés à l'intérieur d'un même bâti réalisé en une matière plastique quelconque. Lorsque, par suite d'éventuelles irrégularités du terrain sur le trajet de l'engin de nivellement, l'inclinaison de l'or- gane de travail par rapport à lthorizont-ale a tendance à varier, le niveau du liquide dans les branches verticales du tube en U va se déplacer soit vers le haut soit vers le bas. Au repos, lorsque le support 18 du tube 20 est parfaitement horizontal, le niveau de liquide est stabilisé entre les deux cellules photosensibles 28 disposées l'une en dessous de l'autre.Les variations indésirables de l'inclinaison de l'organe de travail provoquent, soit l'éclairement de la cellule inférieure lorsque le niveau de liquide opaque descend dans la branche verticale utile du tube en U, soit 11 occultation de la cellule supérieure lorsque le niveau de liquide monte dans cette branche. Ledit éclairement, respectivement ladite occultation, fournit une information commandant le pivotement dans un sens, respectivement dans l'autre sens, de l'organe de nivellement de manière à corriger automatiquement l'inclinaison choisie de l'organe 10, ceci en actions nant le vérin 13 soit vers le haut soit vers le bas. Dans un mode particulier de réalisation de l'invention les deux cellules supérieure et inférieure 28s et 28i sont espacées entre elles d'environ 5 mm et sont distantes de la source de lumière 30 d'environ 8 mm, la longueur de la branche horizontale du tube en U étant environ égale à 2,50 m. On comprend donc immédiatement que l'on augmente considérablement la sensibilité du-dispositif si l'on augmente la longueur de la branche horizontale du tube en U. Il serait donc avantageux d'envisager un tube en U dont la branche horizontale occupe toute la longueur de l'organe de travail 10 ; on obtiendrsit ainsi un tube en U dont la longueur peut atteindre jusqu'à 8 m. Dans la plupart des engins de nivellement actuellement sur le marché, l'organe de travail est supporté et commandé par un vérin à double effet tel que représenté schématiquement sur la figure 3. Ce vérin à double effet 13 peut être commandé par une électrovalve 32 à trois positions (positions centrales stables). Cette électrovalve 32 présente deux enroulements électriques 34, 36 commandant chacun le déplacement de la valve dans un sens ou dans l'autre de manière à actionner le piston du vérin à double effet 13 soit vers le haut, soit vers le bas. Le schéma hydraulique de la figure 3 montre l'électrovalve 32 commandée par les deux enroulements 34 et 36. Ce circuit hydraulique comporte également un réservoir 38 de fluide de travail ainsi qu'une pompe 40 (existant en général sur la machine). Les sorties des circuits électriques d'amplification sont connectées à ces enroulements 34 et 36 de telle sorte que chaque cellule photosensible 28 commande les mouvements du piston 13, donc les variations de ltinclinaison de l'organe de travail 10. La figure 4 représente le circuit électrique commandant la montée du piston du vérin 13 associé à l'organe de travail 10. La sortie de ce circuit est donc connectée à l'enroulement correspondant 34 de l'électrovalve 32. L'entrée de ce circuit électrique est connectée à la cellule photo électrique inférieure 28i qui peut par exemple être constituée par un photo-transistor dont l'émetteur est à la masse électrique du système et le collecteur est relié à une première entrée d'une première porte NON-ET 42 à deux entrées dont la deuxième entrée est alimentée à travers une résistance R1 par une tension continue de 5 volts de façon à faire fonctionner cette première porte NON-ET 42 en inverseur du niveau logique apparaissant sur la première entrée de cette porte NON-ET 42. La sortie de la porte NON-ET 42 est connectée à une première entrée d'une seconde porte NON-ET 44 à deux entrées dont la deuxième entrée est reliée à la source de tension continue de 5 volts par l'intermédiaire d'une résistance R3. Cette seconde porte NON-ET 44 fonctionne donc également en inverseur du niveau logique apparaissant sur sa première entrée. La sortie de la porte NON-ET 44 est connectée à travers une résistance R2 à ladite première entrée de ladite première porte NON-ET 42. Par suite, dès que le photo-transistor inférieur 28i commence à devenir passant sous l'effet d'un rayonnement lumineux qu'il reçoit, l'ensemble des deux portes NON-ET 42 et 44 bouclées sur elles-mêmes amplifie le phénomène de conduction du photo-transistor. Ce dispositif de bouclage par la résistance R2 est destiné à obtenir un temps de basculement très rapide des portes NON-ET 42 et 44 que l'on n'aurait-pas si ces portes étaient simplement connectées en cascade. D'autres dispositifs en soi connus permettant d'obtenir un signal logique à partir de l'état de conductivité du photo-transistor sous l'effet d'un rayonnement lumineux peuvent être utilisés à la condition qu'ils présentent des caractéristiques analogues à celles du système à double porte NON-ET décrit précédemment. La sortie de la première porte NON-ET 42 est d'autre part connectée à un dispositif à mémoire constitué par une bascule monostable 46 susceptible d'être commandée par le front de descente du signal logique passant du niveau logique 1 au niveau logique O (en logique positive). Une telle bascule monostable peut être constituée par le circuit intégré commercialisé par la Société TEXAS INSTRUMENTS sous la référence 74 121.Ce circuit intégré possède deux sorties possibles, et celle utilisée est la sortie dite ":" qui délivre normalement un niveau logique 1, puis, si un front de descente du niveau logique 1 au niveau logique O se présente à une première entrée de la bascule monostable, cette sortie passe à O et y reste pendant un temps détermi né t après lequel elle revient à l'état logique"î".Seule cette première entrée est utilisée, mais il en existe une seconde réagissant aux fronts de montée et non de descente.Des sorties sont prévues sur cette bascule monostable pour y connecter en paral lèle une capacité C et d'autres sorties sont également prévues pour connecter une résistance réglable R5, l'ensemble de la capacité C et de la résistance R5 permettant le réglage de la durée désiré pour le temps t. La valeur de t est donnée par la relation t = 0,69 rc, où r est la valeur de la résistance R5 et c est la valeur de la capacité C. Dans la pratique on choisira la valeur de t de manière à faire intervenir un retard de l'arrêt du fonctionnement vers le haut du vérin 13, après qu'il ait été actionné par l'éclairement de la cellule inférieure ; t est déterminé précisément de telle sorte que le niveau liquide se stabilise sensiblement dans un plan horizontal équidistant~ des deux cellules 28. La sortie de la porte NON-ET 44 et la sortie dite "Qn de la bascule monostable 46 sont connectées respectivement à la pnF mière et à la deuxième entrée d'une troisième porte NON-ET 48 à deux entrées, dont la sortie attaque, par l'intermédiaire d'une résistance R4 de limitation de courant, l'entrée d'un amplificateur,par exemple la base d'un transistor T1, ou d'un étage DAR LINGTON de puissance. L'émetteur de ce transistor est à la masse; l'enroulement 34 de l'électrovalve est connecté entre le collecteur du transistor T1 et le polie positif d'une batterie de 12 Volts. Ce transistor T1 doit avoir un gain en courant suffisant pour actionner l'électrovalve 32. En parallèle sur cet enroulement 34 est disposée comme dans la technique antérieure une diode D de recouvrement de la bobine et un voyant lumineux LI permettant de se rendre compte que le moyen de commande de montée de l'organe de travail est actionné ; le pôle négatif de la batterie est à la masse. La source de tension continue de 5 Volts est réalisée à partir de la batterie de 12 Volts par l'intermédiaire d'un circuit d'alimentatlon stabiliséeAdutype de celui commercialisé par la Société S.G.S. A.T.E.S. sous la référence TBA 625. Les résistances Rî et R3 sont des résistances de maintien à l'état logique "1' > des entrées non utilisées des portes NON-ET, R4 est une résistance de limitation du courant de sortie de la porte 48. A titre d'exemple les résistances peuvent avoir les valeurs suivantes R1 2 R3 = 1 k A R2 = 22 k -nL R4 = 100 -Q Sur la figure 5 est représenté le schéma du circuit de commande de la descente du piston du vérin à double effet 13. Ce circuit est connecté entre la cellule photoélectrique supérieure (constituée par exemple par un photo-transistor) et l'enroulement 36 de commande de descente de l'électrovalve 32, donc de descente du piston de vérin 13. Il est identique à celui de la figure 4 à l'exception des points suivants -1 - La connection entre la sortie de la porte NON-ET 44 et la première entrée de la porte NON-ET 48 est supprimée ; elle est remplacée par une connection entre la sortie de la porte NON-ET 42 et cette pre mière entrée de la porte NON-ET 48 -20- L'entrée de la bascule monostable 46 utilisée ici, est maintenant la seconde entrée, celle qui réagit à un front de montée du niveau logique O au niveau logique 1 apparaissant à cette entrée; le circuit intégré commercialisé par la Société TEXAS INSTRU MENTS sous la référence 74 121 est toujours utilisa ble dans ce schéma comme dans celui de la figure 4. La présente invention ne se limite évidemment pas au mode de réalisation décrit précédemment, mais il est parfaitement possible, sans pour autant sortir du cadre de,l'invention, d'imaginer diverses variantes de l'ensemble du dispositif automatique de maintien de 1'inclinaison OC de l'organe de travail 10. C'est ainsi que la branche horizontale du tube en U peut avantageusement présenter dans sa partie centrale un étranglement créant un laminage du liquide destiné à amortir les effets de vibrations du matériel roulant. Selon une autre variante on peut aussi utiliser un tube en U dont les deux branches verticales ont une longueur diffé rente et dont les extrémités supérieures sont reliées entre elles par une quatrième branche de tube inclinée de façon à éviter toute accumulation de liquide. Selon une autre variante on peut également agencer les deux cellules 28s et 28i de telle sorte que leur écartement soit réglable. On peut ainsi monter chaque cellule sur une bague susceptible de coulisser avec frottement solide sur une même tige support. Par ce biais, on peut modifier la sensibilité du dispositif de maintien automatique de l'inclinaison de l'organe de travail. Il faut également noter que pour augmenter la sensibilité du système on peut aussi capter l'indication du niveau dans une partie de tube non pas verticale mais oblique ce qui permet tout les précisions souhaitées. REVENDICATIONS 1. Engin de nivellement, du type niveleuse, épandeuse, finisseur ou analogue, comportant un organe de travail associé au châssis du matériel roulant par l'intermédiaire d'au moins un organe de commande permettant de faire varier l'inclinaison de l'organe de travail par rapport à l'horizontale, caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif automatique permettant de maintenir constante par rapport à l'horizontale l'inclinaison choisie de l'organe de travail, ledit dispositif comportant en combinaison - un support matérialisant l'horizontale, sur lequel est monté ledit dispositif - un niveau liquide monté sur ledit support - un organe de détection solidaire du niveau liquide et permettant de repérer la position de l'interface gaz liquide du niveau liquide et, - des moyens d'amplification électriques et/ou électro mécaniques destinés à actionner les organes de comman de permettant de faire varier l'inclinaison de l'orga ne de travail dans le sens positif ou dans le sens né gatif en réponse aux informations provenant de ltorga- ne de détection. 2. Engin selon la revendication i, caractérisé par le fait que ledit support matérialisant l'horizontale est agencé au voisinage de la partie supérieure de l'organe de travail, et qu'une extrémité dudit support est montee pivotante sur l'organe de travail, l'autre extrémité étant couplée audit organe de travail par l'intermédiaire d'un mécanisme de réglage de l'inclinaison de l'organe de travail par rapport audit support matérialisant l'horizontale. 3. Engin selon l'une des revendications 1 et2, caractérisé par le fait que le niveau liquide est constitué par un tube en U, réalisé en matière transparente dont la branche horizontale prés ente une longueur relativement grande par rapport à celle des éléments verticaux de tubes, ledit tube en Ù étant partiellement rempli d'un liquide opaque. 4. Engin selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les extrémités supérieures des deux branches verticales du tube en U sont équipées chacune d'un vase d'expansion. 5. Engin selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les extrémités supérieures des deux branches verticales du tube en U sont reliées entre el les par une quatrième branche de tube inclinée de façon à éviter toute accumulation de liquide. 6. Engin selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé par le fait que l'organe de détection est constitué par au moins une cellule photosensible éclairée par une source de lumière, ledit organe de détection et ladite source de lumière étant disposés de part et d'autre de l'une des branches verticales dudit tube en U 7. Engin selon la revendication 6, caractérisé par le fait que 11 organe de détection est constitué par deux cellules photosensibles disposées l'une en dessous de l'autre, l'éclaire- ment de la cellule inférieure, respectivement l'occultation de la cellule supérieure fournissant une information commandant le pivotement dans un sens, respectivement dans l'autre sens de l'organe de travail. 8. Engin selon la revendication 7, caractérisé par le fait que des moyens sont prévus pour retarder d'une durée prédéterminée et réglable l'arrêt du fonctionnement des organes de commande permettant de faire varier l'inclinaison de l'organe de travail par rapport à l'horizontale, après que ces organes de commande- aient été actionnés par l'éclairement de la cellule inférieure, respectivement par l'occultation de la cellule- supérieure. 9. Engin selon l'une des -revendications 3 à 8, caractérisé par le fait que la branche horizontale du tube en U présente de préférence dans sa partie centrale un étranglement permettant, par un laminage du liquide, d'amortir les effets de vibrations du matériel roulant.