Brevet FR2497851A1 — publié le 19820716

DESCRIPTION La présente invention concerne les dispositifs de sécurité utilisables sur divers engins de travaux public tels que les pelles mécaniques, les tracto-pelles, les grues, etc... Elle est destinée à prévenir les accidents du travail dont lsorigine est imputable soit à une explosion de flexible provoquant une chute dangereuse de la charge lorsque la machine est utilisée en grue ou son basculement si le flexible alimente un des vérins stabilisateur, soit à une erreur du conducteur qui dans une situation donnée peut être amené à exercer un couple excessif (charge trop élevée ou exercée à trop grande distance...) dépassant le couple de renversement de la machine. Les dispositifs connus de ce genre sont très peu nombreux et ntont jusqu'ici été utilisés que sur des machines de haut de gamme : les grues hydrauliques Dans celles-ci, le conducteur vérifie au moyen d'un abaque que les élongation ; de flèche, pour une charge lue sur un dynamomEtrew restent dans la ; de sécurité. Dans certaines machines de travaux public on se protège contre l'explosion des flexibles par des clapets anti-retour qui se bloquent dès qu'une dépression trop brusque se manifeste en sortie de v8rin. Les inconvénients de oes systèmes sont de deux ordres - Le caractère non automatique de la sécurité, qui repose sur la vigilance du conducteur pour limiter la charge ou l'élongation de la flèche. Cette vigilance ne peut plus être requise chez un conducteur d'engin, non spécialisé at travaillant dans des conditions difficiles et B haute cadence. - Le laminage des clapets anti-retour, qui dans le fonctionnement normal de la machine, sont à lsorigine d'une perte de performance, économiquement très préjudiciale. Le dispositif suivant l'invention évite ces inconvénients. Il assure en effet d'une part la stabilité permanente quelque soit son assiette ou son mode de fixation au sol et quelque soient les erreurs commises par le conducteur. I1 prévient d'autre part toute explosion de flexibles sans apporter aucune perte de charge ou contingence quelconque dans le circuit hydraulique. De ce fait il n'altère en rien les performances de la machine, tout en apportant une sécurité supérieure à celle des clapets anti-retour dont la complexité limite la fiabilité et qui sont inopérantes contre les fuites limitées de flexibles, provoquant des chutes, qui pour lentes, n'en sont quelquefois pas moins dangereuses. - Le dispositif suivant l'invention sera de toute façon mieux com pris à partir d'une première réalisation préférée de l'invention, donnée ici à titre indicatif et nullement limitatif. La figure I représente une articulation quelconque de pelle mécanique ou tracto-pelle prise comme exemple, étant entendu que la charnue de sécurité représentée ici devra étre étendue à tous les mouvements intervenant dans la sécurité globale de la machine. Par exemple une pelle fonctionnant sur 4 vérins stabili sauteurs nécessitera avec les 3 vérins du bras et le moteur hydraulique de tourelle (qui pour ce qui nous concerne, est l'analogue d'un vérin), 8 chaînes de sécurité. Le dispositif de sécurité suivant l'invention est destiné. sur les pelles mécaniques, tracto-pelle ou autre engin, à éviter les accidents du travail résultant généralement aussi bien de l'explosion d'un flexible ou d'une canalisation d'huile quelconque que d'un défaut de manoeuvre de la par du conducteur (charge trop lourde ou à trop grande distance) et se traduisant soit par une chute de la targe lorsque la machine est utilisée en grue, soit par un basculement de celle-ci au cours de son travail à poste fixe (sur vérins stabilisateurs ou sur roues) ou en cours de transport de charges. I1 comporte une centrale électronique I qui analyse une série d'informations issues de capteurs convenables définissant à chaque instant l'état du système constitué par la machine complète et dont on se limitera à décrire ici la partie afférente au contrôle d1un seul vérin que nous conviendrons de désigner par l'expres- sion t "chaine élémentaire de sécurité".En cas d'incompatibilité entre le8 valeurs, les variations ou les combinaiso > is de ce différentes paramètres, ladite centrale I actionne des clapets ou des électrovannes peut mettant soit de bloquer dans au moins un sens la course dtun vérin intervenant dans la chatne de sécurité concernée, soit d'interdire une manoeuvre tendant à provoquer le basculement de l'engin en agissant au besoin sur une channe de sécurité différente de celle ayant à détecter le risque de basculement, Les informations utilisées par la centrale I sont z une mesure de débit d'huile 2 éffectuée directement à la sortie du distributeur 4 qui assure la commande du vérin 6, une mesure de la pression 3 qui fournit par excès (en raison des pertes de charge à vitesse élevée) la pression rognant dans le vérin (dono sa poussée),-une mesure de l'élongation du vérin 8 qui peut par exemple être obtenue à partir de la rotation de l'articulation du bras, enfin une mesure 9 de l'inclinaison du chassis de la machine dans le sens longitudinal en transversal. La figure 2 permettra de comprendre le principe de la détection de l'explosion d'un flexible; laquelle détection est obtenue en comparant en permanence au moyen d'un amplificateur différentiel ou de tout autre circuit électronique adapté, la différentielle du signal donnant l'élongation de l'un quelconque des vérins ayant une fonction de sécurité (qui à un facteur constant pardonne le volume balayé par le piston du vérin par unité de temps) d'une part, et d'autre part le débit d'huile en sortie de distributeur qui alimente précisément ce vérin, de façon à bloquer l'électrovanne 7 ou toute autre forme de clapet placé à au moins une des sorties dudit vérin, dès qu'une différence dépassant un certain seuil prédéterminé est observée entre ces deux grandeurs. Sur la figure 2 l'amplificateur différentiel IO est attaqué sur son entrée positive par une tension V1 issue du débimètre 2 que l'on supposera linéaire en fonction du débit volumétrique D de l'huile sortant du distributeur 4. On a t V1 - aD (a étant une constante) - L'entrée négative de l'amplificateur différentiel IO est attaqué par le circuit différentiateur R C qui fournit une tension V3 telle que t V3 = &alpha;;dV2 / dt ( o( représente la fraction prélevée par le potentiomètre I2) V2 étant la tension de sortie du potentiomètre II qui est entraîné par le mouvement de rotation de l'articulation 8 relative à la channe de sécurité qui nous occupe suivant un mécanisme à came détaillé sur la figure 3, dont l'intértt est de linéariser la tension V2 de sortie du potentiomètre II en fonction de l'élongation x du vérin de telle sorte que l'on ait en permanence la relation t V2 = kx (k étant une oonstante) De cette façon on voit que la tension d'attaque V3 de l'amplificateui II vaut t v3 = o( k dx / dt On réglera le potentiomètre II, c'est-à-dire la valeur de &alpha; en écrivant que la tension V1 pour un débit d'huile D donne est égale à la tension V3 ce qui donne la relation t aD = o( k dx / dt Comme par ailleurs la vitesse de balayage en volume du piston du vérin vaut t S dx / dt (S étant la surface du piston), on a la relation suivante entre les ooéffioiente t a S - cz k qui permet d'ajuster la fraction &alpha; prélevée par la potentiomètre I2. La sortie de l'amplificateur attaque après un circuit intégrateur R' C' destine à éliminer les parasites et donc les miees intempestives en sécurité, un thyristor 13 qui par le jeu de la résistance série I4 coupe l'alimentation de 1'électrovanne 7, dont un principe de réalisation est donne à titre indicatif et nullement limitatif sur la figure 4. Une bobine I5 attire le noyau plongeur I6 en comprimant le ressort I7 dans une position où le clapet 19 est complètement éffacé du circuit hydraulique qutil ne peut en conséquence modifier en aucune façon. Des que la tension V1 devient supérieure à V3 (ce qui signifie qu'on envoie un débit d'huile supérieur à la vitesse balayage du piston d'où fuite) la tension en sortie de IO devient positive et le thyristor I3 conducteur.. La bobine I5 n'est alors plus alimentée et le clapet I9 poussé par le ressort I7 vient en appui du siège I8, où la pression d'huile du vérin le maintien appliqué. On notera le caractère "intrinsèque" de la sécurité obtenue. En effet tout défaut du circuit électrique (coupure de fil etc...) ferme la vanne.De plus il ntest pas possible dereouvrir la vanne en alimentant à nouveau la bobine I5 en raison de la force considérable exercée par la pression dans le vérin sur le clapet I9 comparée à la faible traction que la bobine 15 peut exercer sur le noyeu plongeur I6. Une vis pointeau ou tut autre robinet manuel P permet de purger le circuit et de faire descendre manuellement un bras ou un verin qui se serait mis en sécurité après rupture d'un flexible. Le potentiomètre I3 permet de régler le seuil de mise en sécurité. Suivant un autre mode préféré de réalisation de l'invention donné ici à titre purement indicatif et nullement limitatif, la centrale électro- nique de sécurité mesure en permanence le couple exercé par l'ensemble charge et bras (diversement articulé) appliqué au chassis de la machine et le compare en permanence aux couples de renversement longitudinaux et transversaux qui sont eux-mêmee calcules par la centrale électronique en fonction d'une mesure des inclinaisons longitudinales et transversales dudit chassis.En d'autres termes, les fausses manoeuvres du conducteur soulevant une charge trop élevée ou à trop grande distance du polygone de sustentation de la machine, dans le cas d'un travail à poe fixe où la machine est en appui sur au moins deux vérins, ou dans le cas d'un travail sur roues, à l'arrêt ou en mouvement, sont rendues impossibles grâce à une mesure du couple appliqué par la charge au chassis de la machine et à une comparaison de ce couple avec le couple de renversement, lui-?.ême calculé à chaque instant a partir des mesures de 11 inclinaison longitudinale et transversale du chassis de la machine de telle sorte que dès que le couple appliqué au chassis se rapproche du couple de renversement, un circuit électronique convenable mesurant l'écart entre oes deux valeurs, déclanche un blocage des mouvements de la machine, au moins dans le sens tendant à augmenter le couple appliqué. Comme il est montré sur la figure 5 le couple appliqué à la machine est obtenu en utilisant par exemple le capteur de pression 3 de la chaîne de sécurité associée au vérin dit de balancier (qui articule la première partie du bas de la pelle sur le chassis) qui a une tension de sortie + Eo laquelle est appliquée au potentiomètre 20 contenu dans le capteur d'élongation 8 qui est actionné par une came convenablement taillée pour que la tension de sortie du potentiomètre 20 donne la valeur absolue C du couple appliqué à la machine. Celui-ci peut atre représenté par un vecteur situé dans le plan de la plate-forme de la pelle. Si 6 représenté l'single de rotation de la tourelle - l'axe longitudinal avant étant l'origine - la composante longitudinale du couple vaut C sin e et la composante transversale C cos 6 > . Un générateur de fonction 2I utilisant par exemple des potentiomètres actionnés par des cames oonvenables calées sur l'axe de la tourelle, transforme la tension qui lui est appliqué en E1 sin et E1 cos & qui sont deux tensions proportionnelles respectivement aux couples longitudinaux et transversaux.Elles sont appliquées à l'une des entrées positives de deux amplificateurs différentiel 22 et 23, tandis que les entrées négatives sont alimentées par des pendules 24 et 25 mesurant les inclinaisons PT et b de la machine dans les plans respectivement transversal et longitudinal et fournissant les tensions de sortie EoT sin P T et Eo L sinaL grâce à des potentiomètres actionnéspar des cames convenables et alimentés par les tensions EoT et EoL convenablement choisies pour que les tensions de sortie EoT sin PT et EoL sin B soient proportionnelles aux couples de renversement respectivement longitudinal et transversal qui sont une caractéristique de la machine. Dès que le couple appliqué qui est proportionnel à E1 cos ss dans le sens transversal et Eî sin & ans le sens longitudinal dépasse les valeurs correspondantes issues de 24 et 25, les constantes étant convenablement ajustées, les amplificateurs actionnent des électrovannes du type de celle représentée en figure 4 et disposées aux sorties 26 ou 27 (fig. I) du distributeur de telle sorte qu'elles interdisent sur chaque chaîne de sécurité les mouvements tendant soit à augmenter la valeur absolue C du couple appliqué (c'est-a-dire tout oe qui va sans le sens de l'allongement du bras) soit le mouvement de la tourelle au moins dans le sens de l'augmentation du couple appliqué. Cette limitation des mouvements dangereux peut être comprise à partir de la figure 5. On voit que les sorties des signaux liés au danger de renversement, issus des amplificateurs 22 et 23 sont additionnées au moyen des diodes D1 et D2 et ensuite dirigées à la fois vers la commande des thyristors qui ferment les électrovannes 31 et 32 contrôlant la rotation de la tourelle (dans les deux sens) ainsi que vers une série d'électrovannes 33, 34 etc... qui contrôlent les vérins de flèche et assurent un blocage seulement dans le sens qui tend à augmenter la longueur de la flèche, donc le couple appliqué à la machine. La commande du sens de rotation de la tourelle est un petit peu plus compliquée puisque le sens de rotation dépend de l'angle e d'orientation de celle-ci Un contact inverseur 32 actionné par une came 35 solidaire de l'axe de la tourelle permet par exemple de résoudre cette difficulté.Ainsi lorsque cette came, constituée de deux secteurs en 1/4 de cerole opposés par le sommet, est convenablement calée sur l'axe de la tourelles ou alimente le thyristor de blocage de l'électrovanne 30 ou celui de 31 suivant la valeur de suivant une troisième réalisation préférée de l'invention donnée elle aussi à titre purement indicatif et nullement limitatif, les fausses manoeuvres du conducteur soulevant une charge trop élevée ou à trop grande distance du polygone de sustentation de la machine, dans le cas d'un travail à poste fixe où celle-ci est en appui sur au moins deux vérins, sont rendues impossible grâce à des capteurs de pression me sur rant le poids de la machine exercé sur chaque point d'appui et dont l'information est analysée par un circuit électronique convenable qui bloque tous les mouvements de la machine, au moins dans le sens qui tend à augmenter le couple de renversement, dès que la pression sur l'un quelconque des vérins stabCilsateur tombe en dessous d'un seuil convenablement choisi pour ménager une marge de sécurité suffisante. Le fonctionnement sera mieux compris en se reportant à la figure 6 où on a représenté un stabilisateur par bras oscillant 28 actionné par le vérin 6. Une came 29 solidaire de 28 actionne le potentiomètre 30 qui transforme la mesure de pression éffectuée par le capteur 3 (qui à une constante près donne la poussée de 6) en la valeur de la poussée d'appui au sol I ffi , quelque soit la position du bras 28. Ainsi la tension V4 est proportionnelle au poids exercé par la machine sur le vérin stabilisateur que nous avons considéré. Les autres points d'appui correspondraient aux tensions V et etc... Les sorties des amplifica 5 teurs 36, 37 et suivant qui détectent le dépassement dRm seuil Vs affiché par le potentiomètre 38 sont exploitées de façon analogue à l'exemple précédent qui est résumé dans la figure 5. L'invention peut etre utilisée sur les pelles mécaniques et les tracto-pelles dont l'emploi est fréquent dans les travaux publics. Elle peut être utilisée également sur toutes les grues hydrauliques ou autres systèmes de manutention utilisant des vérins hydrauliques. REVENDICATIONS I - Dispositif de sécurité adaptable sur les pelles mécaniques, tracto-pelle et autres engins de travaux publics, destinés à éviter les accidents du travail résultant aussi bien de l'explosion d'un flexible ou canalisation d'huile quelconque que d'un défaut de manoeuvre de la part du conducteur (charge trop élevée ou à trop grande distance) et se traduisant soit Far une chute de la charge lorsque la machine est utilisée en grue, soit par un basculement de celle-ci au cours de son travail à poste fixe (sur vérins stabilisateurs ou sur roues) ou en cours de transport de charge, caractérisé en ce que une centrale électronique analyse une série d'informations issues de capteurs convenables, définissant à chaque instant l'état du système constitué par la machine complète (élongation, pression et débit de chaque vérin, inclinaison du batit etc...) et actionne en cas d'incompatibilité entre les valeurs les variations ou les combinaisons convenablement définies des différents paramètres, des clapets ou électro-annes permettant soit de bloquer dans au moins un sens la course du vérin impliqué dans la channe de sécurité concernée, soit d'interdire une manoeuvre tendant à provoquer le basculement de l'engin. 2 - Dispositif suivant la revendication NO Is caractérisé en ce que la détection de l'explosion d'un flexible ou d'une partie quelconque des canalisations d'huile est obtenue en comparant en permanence au moyen dlun amplificateur différentiel ou de tout autre circuit éleotro- nique adapté, la différentielle du signal donnant l'élongation de l'un quelconque des vérins ayant une fonction de sécurité (qui à un facteur constant prés donne le volume balayé par l'unité de temps par le piston du vérin) d'une part et d'autre part le débit d'huile en sortie de distributeur qui alimente précisément le vérin, dès qu'une différence dépassant un certain seuil convenablement prédéterminé est observé entre ces deux grandeurs. 3 - Dispositif suivant la revendication NO I caractérise en ce que les fausses manoeuvres du conducteur soulevant une charge trop élevée ou à trop grande distance du polygone de sustentation de la machine, dans le cas d'un travail à poste fixe où la machine est en appui sur au moins deux vérins, sont rendue j impossible grâce à des capteurs de pression mesurant le poids de la machine exercée sur chaque point d'appui et dont l'information est analysée par un circuit électronique convenable qui bloque tous les mouvements de la machine, au moins dans le sens qui tend à augmenter le couple de renvereement, dès que la pression sur l'un quelconque des vérins stabilisateurs tombe en dessous d'unoeuil convenablement choisi pour ménager une marge de sécurité suffisante. 4 - Dispositif suivant la revendication NO I caractérisé en ce que les fausses manoeuvres du conducteur soulevant une charge trop élevée ou à trop grande distance du polygone de sustentation de la machine, dans le cas d'un travail soit à poste fixe sur vérins stabilisateurs soit sur chenilles ou sur roues, à l'arrêt ou en mouvement, sont rendues impossibles grâce à une mesure du couple appliqué par la charge au chassis de la machine et à une comparaison de ce couple avec le couple de renversement, lui-meme calculé à chaque instant à partir de mesures de l'inclinaison longitudinale et transversale du chassis de la machine de telle sorte que dès que le couple appliqué au chassis se rapproche du couple de renversement, un circuit électronique convenable mesurant l'écart entre ces deux valeurs, déclanche un blocage des mouvements de la machine, au moins dans le sens tendant à augmenter le couple appliqués 5 - Dispositif selon les revendications I, 2, 3, ou 4, prises ensembles ou séparé ment, caractérise en ce que la vanne de fermeture en sortie du vérin est un clapet anti-retour muni d'un système élec- tromagnétiqüe à noyau plongeur permettant dès qu'une tension est appliquée à la bobine, d'éffaoer le clapet qui laisse alors une libre circulation de l'huile dans les deux sens sans aucune gêne, éffacement qui n'est possible que Si la pression est sensiblement identique en amont et en aval dudit clapet et qui cesse en cas de défaillance du circuit électronique, la bobine n'étant alors plus alimentée. 6 - Dispositif selon les revendications I, 2, 3 et 4 prises ensembles ou séparément caractrisé en ce que la configuration géométrique de la machine, dont le connaissance est nécessaire pour son contre électronique, qu'il concerne la sécurité ou toute autre autre fonction, est obtenue par des capteurs mesurant la rotation de chaque articulation. 7 - Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que la mesure de rotation de chaque articulation utilise une came qui déplace un potentiomètre ou tut autre capteur de position linéaire ou angulaire, la forme de ladite came étant déterminée)soit pour obtenir une tension en sortie linéaire en fonction de l'élongation du vérin, soit une fonction en sinus 9 permettant d'obtenir une tension de sortie proportionnelle au couple)soit toute autre loi utile. 8 - Dispositif selon lune quelconque des revendications de I à 7 caractérisé en ce qu'une vis de purge placée sur au moins l'une des sorties du vérin permet de remettre manuellement ledit vérin dans une position convenable pour le transport ou le dépannage de la machine.