Brevet FR2358355A1 — publié le 19780210

L'invention concerne un dispositif de manutention d'un objet en position suspendue ; elle vise, plus particulièrement, un système de moyens assurant une commande judicieuse d'un appareil de levage pour assurer, dans des conditions de précision et de commodité remarquables, un positionnement manuel d'un objet à un niveau prédéterminé. On cannait déjà des appareils et des dispositifs de manutention qui évitent, par suspension d'une charge, une fatigue pour amener avec précision cette dernière dans une position prédéterminée ; par exemple, pour positionner "entre pointes" un élément lourd sur une machine-outil telle qu'un tour, en vue d'un usinage de cet élément. Ainsi, le brevet US nO 3.259.351 (OLSEN) propose un dispositif de barres articulées sous la forme d'un parallélogramme déformable et équipé d'un contrepoids d'équilibrage et d'un vérin moteur; ce dispositif permettant dans une fabrication en charne industrielle, I'alimentation commode d'une machine-outil. Mais, un dispositif de cette nature ne peut assurer un bon positionnement d'un objet particulièrement lourd ou encombrant que s'il est adapté à la charge ou aux dimensions de cet objet. De plus, les résistances passives des articulations des barres et de la tige et du piston du vérin sont contraires à la précision d'un tel positionnement. Un autre appareil, proposé par le brevet US nO 2.384.774 (SMALLPEICE) peut éviter les sujétions d'adaptation à des charges ou dimensions signalées plus haut et comporte, pour cela un vérin d'un type hydraulique, dont la course est suffisamment grande pour constituer un appareil de levage, vn boitier à deux membranes formant trois chambres en série qui peuvent etre convenablement raccordées à une source de fluide sous pression et à ce vérin ; ces membranes étant adaptées à une commande respective dans les chambres d'extrémité, d'un clapet d'alimentation et d'un clapet d'échappement du vérin sous l'effet de différences de pression régnant dans ces chambres par rapport à une pression de référence qui est celle de la chambre médiane. Un tel appareil procure une excellente assistance pour les manipulations de positionnement d'un objet meme très lourd ou encombrant mais des impératifs de hauteur de levage, nécessairement limitée à la course du vérin, conduisent souvent à des appareils très encombrants dans le sens vertical et les résistances passives de la tige et du piston dans son cylindre sont néfastes à la sensibilité requise par un po sitionnement précis. L'invention se propose de remédier à ces inconvénients. Elle a pour but essentiel d'obtenir, par des manipulations exigeant des efforts négligeables par rapport à la charge d'un objet qui peut être très lourd et très encombrant, un positionnement précis de cet objet à un niveau déterminé. Elle a pour objet un dispositif basé sur le principe révélé par le brevet US SMAL LPEICE, comportant un appareil de levage muni de moyens moteurs raccordés à une source d'éanergie, un dispositif de commande desdits moyens moteurs comprenant deux chambres pour un fluide, assurant respectivement une mise en mémoire de la charge d'un objet et une détection d'un effort vertical appliqué à cet objet, des moyens sensibles aux- pressions desdites chambres et adaptés à une comparaison de la charge de l'objet à un effort vertical résultant dune poussée manuelle sur l'objet. Selon l'invention, les moyens sensibles aux pressions des chambres de mémoire et de détection sont agencés, en position adverse, sous la forme d'un système de balance et sont associés directement aux moyens de commande des moyens moteurs0 Un tel dispositif procure des résultats de positionnement remarquablement commodes ; une faible poussée sur objet suspendu entrarne une action de l'appareil de levage pour assister un positionnement précis qui est ainsi obtenu sans fatigue, quelles que soient la charge et les dimensions de l'objet. En outre, un tel système de balance des moyens de commande de l'appareil de levage peut aussi bien etre appliqué, sans difficultés particulières, à des moyens de nature hydraulique que de nature électrique. De préférence, appareil de levage est d'un type banal, comportant un treuil associé à un moteur électrique sous la forme d'un ensemble relativement compact, ce qui permet des courses de levage relativement grandes et évite ainsi des suie- tions d'encombrement spécifiques des appareils connus à vérin du type hydraulique. Dans une variante de cette nature, la chambre de détection du dispositif de commande des moyens moteurs de l'appareil de levage se présente, avantageusement, sous la forme d'un vérin à simple effet dont le cylindre et la tige de piston constituent deux éléments d'une chaine de suspension comprenant cet appareil de levage et un moyen d'accrochage d'un objet. Une telle combinaison d'appareil et dispositif de natures différentes procure de multiples possibilités d'adaptation d'un dispositif de manutention, conforme à l'invention, à diverses contingences d'un local d'atelier, par exemple celle d'encombrement en hauteur signalée ci-dessus, ce qui ne pourrait pas etre assuré par les appareils connus, mentionnés plus haut. Selon une autre caractéristique essentielle de l'invention, le vérin de détection est équipé d'un dispositif dynamique assurant à sa tige de piston, pour une position verticale stable de ce dernier, des conditions de frottement en mouvement. On conçoit que les résistances passives de la tige et du piston de ce vérin peuvent être réduites dans une mesure considérable, par l'effet d'un mouvement oscillant de faible amplitude par exemple, pour procurer une sensibilité remarquable dans l'utilisation d'un appareil conforme à l'invention. De la sorte, des manipulations d'un oblet, assistées par un tel appareil, entrai- nent, sans retard ni fatigue, un positionnement précis de cet objet. De plus, un tel appareil se prête parfaitement à des manipulations successives d'objets, très dissemblables les uns des autres par leurs charges et leurs dimensions, en assurant à chaque cas, ces mêmes conditions de précision, de rapidité et de commodité de positionnement. Enfin, ce principe de mise en mouvement par un dispositif dynamique pour réduire les effets de résistance passive, peut avantageusement être appliqué à toutes les variantes conformes à l'invention et dans lesquelles des dispositifs sont-aménagés sous la forme de vérin à cylindre et piston, en particulier, un vérin moteur constituant un appareil de levage analogue b celui du brevet US SMALLPEICE. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention se dégageront de la description qui va suivre en regard des dessins annexés lesquels, description et dessins ne sont donnés qu'à titre d'exemple non limitatif. Sur ces dessins, - la figure 1 représente, vu en perspective, des parties principales d'un disposi- tif conforme à l'invention; ce dispositif étant appliqué ici au positionnement d'un élément sur une machine-outil. - la figure 2 représente en perspective, à une échelle plus grande, un vérin classique d'un type hydraulique, équipé d'un mécanisme d'oscillation et constituant une partie essentielle du dispositif de la figure 1. - la figure 3 est un schéma relatif au principe général de fonctionnement d'un dispositif conforme à l'invention ; le mécanisme d'oscillation tétant pas représenté pour la clarté de cette figure. - la figure 4 est un croquis illustrant le principe de fonctionnement de la partie représentée à la figure 2. - les figures 5a et 5b sont des schémas qui illustrent deux aspects remarquables du fonctionnement du dispositif des figures 1 à 3. - les figures 6a et 6b représentent, schématiquement, deux variantes du dispositif des figures 1 à 3. Sur la figure 1, on peut reconnaitre un vérin 1, d'un type classique, disposé ver ticalement ; le fond supérieur 2s de ce vérin 1 comportant deux oreilles la constituant un moyen d'accrochage à un support non représenté. On remarquera que les deux oreilles de suspension la sont fixées sur le fond su péteur 2s, symétriquement par rapport à l'axe géométrique XX' du vérin 1 pour assurer, par suspension, une position pratiquement verticale de cet axe XX'. La partie extrême de la tige 3 du vérin 1, disposée vers le bas, comporte également deux oreilles lb similaires aux oreilles la et permettant l'accrochage, en position suspendue, d'un appareil de levage 4, grâce à un oeil 40 solidaire de la face supérieure de cet appareil 4. L'appareil 4 est, lui aussi, d'un type classique, comportant par exemple un tambour d'enroulement pour un câble 4c, un moteur 4m, un réducteur de vitesse et un moyen de freinage de ce tambour. L'extrémité libre du câble 4c est munie d'un crochet 4b auquel est suspendu un "plateau" P, grace à une élingue E, en vue d'un positionnement de ce plateau P, entre les pointes d'un tour d'usinage T ; un boitier 5 muni de boutons de commande de circuits électriques assurant les étapes initiale et finale de ce positionnementt comme il apparaitra plus loin. Sur les figures 2 et 3, on retrouve le vérin 1. Ce dernier, d'un type à simple effet, comporte . un cylindre rigide 6, de section circulaire, fermement enserré par ses bords entre deux fonds rigides 2s et 2i, d'une façon connue, au moyen de tirants 7, un piston circulaire 8 muni de joints d'étanchéité et solidaire, coaxialement de la tige 3 précitée ; cette tige 3 de section circulaire étant engagée dans un presse-étoupe usuel 9 prévu dans le fond 2i et étant équipée, à son extrémité libre, d'un dispositif de roulement à billes 10 assurant aux deux oreilles d'accrochage lb un montage fou en rotation par rapport à la tige 3. Une plaque 11, sensiblement en forme de losange allongé à pointes tronquées, est montée, d'une façon convenable, solidaire en position transversale, sur la partie de la tige 3 comprise entre le cylindre 6 et la "tête d'accrochage" 10. Une patte ila est fixée à l'une des extrémités de cette plaque lî et est articulée à l'une des extrémités d'une barre 12 de longueur réglable dont l'autre extrémité est elle-meme articulée sur l'extrémité d'une barre plate 13 constituant un balancier monté pivotant autour d'un axe 13a porté par un support 14 formant potence, solidaire du fond 2s ; l'autre extrémité du balancier 13 est également articulée à l'extrémité de la tige de piston 15t d'un petit vérin 15 à double effet dont le cylindre est assemblé, par une articulation, à une partie convenable du support 14. Les deux chambres du vérin 15 sont raccordées par deux tuyaux respectifs 15v et 15r à un appareil usuel, alimenté par une source de fluide sous pression pour assurer alternativement et successivement des admissions et des échappements dans chacune de ces chambres ; cet appareil, non représenté, pouvant comprendre des distributeurs à tiroir commandés par membrane pour entrainer automatiquement ce mouvement de va et vient de la tige 15t. De la sorte, la tige 3 est le siège d'un pivotement oscillant (flèches fl et f2) autour de son axe XX' en raison de la transmission de ce mouvement à l'oreille lla du 'abrasa li par la timonerie de barres 12 et 13. On notera que le rapport des longueurs el, Q2 des deux bras de levier formés sur la barre 13 de part et d'autre de son axe d'articulation 13a peut être choisi de fa çon à procurer un accroissement ou une réduction de l'amplitude du déplacement de l'oreille îîa et que cette timonerie assure le mouvement oscillant de la tige 3 pour une bonne plage de positions du piston 8 dans son cylindre 6. Enfin, un tuyau 16 est raccordé par une extrémité à un trou prévu dans le fond 2i, en dessous du piston 8, alors que son autre extrémité est raccordée à une source classique "S" d'air sous pression. Ce tuyau est équipé d'un robinet d'arret "R", de moyens classiques de filtration et de stabilisation de pression "Mn, d'un robinet de purge "V" ainsi que d'un distributeur à tiroir D1 permettant, soit l'alimentation (flèche f3), soit la fermeture de ce tuyau 16. En outre, un circuit pour un fluide est raccordé en dérivation, à ce tuyau 16 ; ce circuit comprenant, en série, un tube en U 17, un réservoir ou "ballon" 18 et un tuyau équipé d'un autre distributeur à tiroir D2, analogue au distributeur Dl. Ces deux distributeurs DI et D2 sont d'un type électromagnétique classique comportant des bobines de commande reliées à des circuits respectifs de nature électrique comprenant une source d'énergie électrique El "a deux polies et un neutre" et les contacts du bouton "A" du boitier 5 cité plus haut ; ces distributeurs étant usuellement fermés en l'absence d'excitation. De plus, la partie du circuit d'alimentation du distributeur D1, à partir du pale neutre de la source El, comporte un interrupteur "I" de fin de course, porté par le fond 2i du vérin 1 de façon à être commandé à l'ouverture, par la plaque 11 (flèche f4) ; les connexions de ces bobines, interrupteur et autres composants étant adaptés à des opérations de commande qui seront décrites plus loin. Le tube en U est disposé verticalement et est garni, en partie, de mercure 17a qui, dans tous les cas, est retenu par des clapets "k" et chacune de ses branches est munie d'un contact C1 (ou C2) situé un peu au-dessus de la surface libre de ce mercure, un troisième contact CO étant prévu sur le fond de ce tube. Ces trois contacts CO, C1 et C2 sont reliés d'une façon connue aux bornes du dispositif de commande du moteur 4m de l'appareil de levage 4 et à une autre source d'énergie électrique E2 à pale neutre de fanon à permettre, soit l'arrêt, soit le fonctionnement, dans un sens ou dans l'autre, du moteur 4m comme il ap paraitra plus loin. Le dispositif décrit plus haut peut être utilisé et fonctionne comme suit : on suspend ce dispositif par ses oreilles la à un appareil de manutention permettant de le déplacer, horizontalement, en particulier au-dessus de la machine T. Le dispositif est ainsi amené au-dessus du plateau P muni de son élingue E et situé en position espacée de la machine T. Par une commande du moteur 4m, à I'aide de deux boutons "C, D" du boitier 5, pour des commandes usuelles, on assure un déroulement du câble 4c jusqu'à pouvoir engager facilement le crochet 4b dans l'élingue E puis on assure de meme un enroulement de ce câble 4c jusqu'à tendre cette élingue E ; le piston 8 se trouvant appliqué sur le fond 21. Alors, on appuie sur le bouton A du boitier 5 ; l'interrupteur "I" et le robinet de purge V étant fermés, les distributeurs D1, D2 se trouvent ouverts et l'air sous pression emplit le ballon 18, la chambre 60 du vérin 1 ainsi que les deux branches du tube en "U" 17. La pression dans ces chambres, ballon et tube croit rapidement et dès que l'action de l'air comprimé sur le piston 8 est suffisamment grande pour contrebalancer le poids du plateau P, ce piston 8, sa tige 3 et les éléments qu'ils supportent sont déplacés vers le haut, jusqu'à ce que la plaque 11 ouvre l'interrupteur "I" pour fermer le distributeur D1 ; ce déplacement pouvant hêtre petit. Le bouton A peut etre loché pour fermer les distributeurs Dl, D2 (ou D2 seulement, D1 étant déjà fermé) et la chambre de vérin 6a se trouve soumise à une pression égale à la pression de l'air du ballon 18 qui assure une mise en mémoire de cette pression ; les atmosphères de cette chambre 6a et de ce ballon 18 étant séparées par la colonne en U de mercure 17a qui constitue un piston fluide, comme il apparaîtra ci-dessous. Le vérin 15 est, alors, mis en action de sorte que le piston 8 et sa tige 3 oscillent autour de leur axe XX' ; ce résultat (figure 4) est analogue à celui que procurerait un petit câble 19 enroulé sur la tige 3, tendu et animé d'un mouvement de vaet-vient (flèches f5, f6). Une amplitude angulaire de la tige 3, de l'ordre de 5 à 15 degrés et une fréquence de un demi à six va-et-vient par seconde permettent de réduire, dune façon efficace, les résistances passives de frottement du piston 8 dans son cylindre 6 et de sa tige 3 dans ses garnitures 9. Grace à l'action de ce dispositif dynamique (figure 5a), une poussée très petite par rapport au poids du plateau P peut être appliquée vers le haut à ce dernier (flèche f7) pour entraîner une diminution de la pression dans la chambre 6a, ce qui a pour effet de rompre l'équilibre établi entre cette chambre 6a et le ballon 18. En conséquence, le piston 17a, constitué par le mercure, atteint le contact C2 pour fermer le circuit, dans le sens du levage (flèche f8), de l'appareil 4 et ce dernier assure le déplacement vers le haut du plateau P pour assister cette manipulation. Cette assistance cesse en même temps que cette poussée vers le haut, par exemple lorsque le plateau P se trouve situé à un niveau voisin de celui des "pointes de poupée" de la machine T. Ce plateau P peutalors eAtre amené, en position suspendue, entre ces pointes ou au-dessus de ces dernières, grâce à l'appareil de ma nutention, On conçoit donc (figure 5b) qu'une petite poussée vers le bas (flèche f9) ne sera pas anihilée par les résistances de frottement du piston 8 et de sa tige 3 et aura pour effet d'entratner, par un accroissement de pression de l'air dans la chambre 6a, la fermeture par les contacts COCU, du circuit de descente de l'appareil 4 (flèche fla). Ainsi des manipulations, sans fatigue, du plateau se trouvent efficacement assistées, sans retard, par l'appareil de levage-pour amener, par levage et abaissement le plateau P dans une position précise par rapport à un niveau déterminé qui, dans cet exemple, est celui des "pointes" de la machine T. Lorsque le plateau P est en position adéquate et en appui sur ses supports, le robinet R étant fermé, on appuie sur le bouton A du boitiçr 5, ce qui a pour effet d'ouvrir les distributeurs D2, D1, puis on ouvre le robinet V de purge veis l'atmosphère. Sous l'effet du poids de l'appareil 4, le piston 8 descend dans son cylindre 6 et l'air comprimé est évacué à liatmosphère cependant que le piston fluide 17a reste au repos. L'opéretion de positionnement est alors terminée et le bouton A peut être lazché. Ce dispositif de réduction de résistance s'applique parfaitement à d'autres appareils de levage : - l'appareil 4 pourrait, tout aussi bien, être constitué par un autre moyen con nu de levage, par exemple un vérin pneumatique ou hydraulique équipé d'un appareil dynamique tel que 15. Dans ce cas (figures 6a et 6b), un vérin lv joue à la fois le rôle d'organe de détection de poussées de manipulation et de moyen moteur de levage. Pour assurer cette fonction motrice du vérin lv, le distributeur D1 serait remplacé pur un distributeur D3 à deux voies permettant l'échappement du fluide de la chambre 6a (flèche f11) pour une manipulation d'abaissement et une alimenta tion de cette chambre dans le cas de levage (flèche f3); ce distributeur étant commandé par un circuit (analogue au circuit de la source E2) dont la source El comporte un pôle neutre et par deux boutons A (levage) et B (descente) prévus sur le boitier 5 (figures 6a et 6b). - deux petits vérins 17m, 17p à simple effet (figure 6a) pourraient être associés à un fléau de balance 20 par deux ressorts 21a, 21b pour remplacer le tube en "U" 17 et commander efficacement, grace à l'élasticité de ces ressorts, les contacts C1, C2 pour actionner un distributeur D3. Dans une autre va riante possible, utilisant un fluide élastique (figure 6b), ce dispositif de ba lance pourrait se présenter sous la forme d'un vérin à double effet 17b alimen té par ce fluide élastique. - on pourrait encore intervenir, dans la chaine de levage, I'ensemble de dé tection I, 60 et le systeme moteur 4 ; plus généralement, la place de cet en semble de détection dans la chaine de suspension et de levage est indifférente. - si le dispositif 15 qui produit un mouvement oscillant sur la tige 8 de piston 7 constitue bien un moyen remarqueble de l'invention, sa forme de réalisation n'est pas limitée au cas décrit ici d'une timonerie et d'un vérin 15 mais pour rait aussi bien etre constituée par tout autre moyen connu susceptible d'engen drer ce même mouvement oscillant sur la tige 3, comme la figure 4 permet de le comprendre. Les vérins des dernières variantes de réalisation (figures 60, 6b) devraient, évidemment, être équipés de dispositifs dynamiques de réduction de frottement pour procurer de bonnes conditions de sensibilité en vue de manipulation sans fatigue. L'invention ayant, maintenant, été exposée et son intérêt justifié sur des exemples détaillés, le demandeur s'en réserve llexclusi-vité pendant toute la durée du brevet, sans limitation autre que celle des termes des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1. Dispositif de manutention d'un objet en position suspendue pour un position nement, par manipulations, de cet objet à un niveau prédéterminé, compor tant - un appareil de levage muni de moyens moteurs raccordés à une source d'énergie, - un dispositif de commande desdits moyens moteurs comprenant . des chambres pour un fluide dont l'une assure une mise en mémoire du poids d'un objet et une autre chambre assure une détection d'un effort vertical appliqué à cet objet un système de moyens sensibles aux pressions desdites chambres et adap té à la détection d'un effort vertical résultant d'une action manuelle sur l'objet, caractérisé en ce que les moyens sensibles aux pressions des chambres de mise en mémoire et de détection sont agencés, en position adverse, sous la forme d'une balance et sont raccordés au dispositif de commande des moyens moteurs0 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de dé tection se présente sous la forme d'un vérin à simple effet, dont le cylindre et la tige de piston constituent deux éléments d'une chaine de suspension com prenant un appareil de levage et un moyen d'accrochage d'un objet. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le vérin est équipé d'un dispositif dynamique assurant une réduction des résistances passives de frottement du piston dans son cylindre et de Sa tige dans ses garnitures. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif dynami que du vérin comporte une timonerie de barres articulées susceptibles d'osciller sous l'action d'un moyen moteur et attelées, d'une part, à la tige de piston, d'autre part, au cylindre dudit vérin. 5. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le dis positif de commande des moyens moteurs de l'appareil de levage est de nature électrique. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens moteurs de l'appareil de levage sont de nature électrique.