Brevet FR2508075A1 — publié le 19821224

- Dispositif de vérification de la profondeur d'une excavation. L'invention se rapporte aux dispositifs de vérification de la profondeur atteinte par une opération d'excavation Un tel dispositif, destiné à coopérer avec une machine excava- trice comprenant un outil excavateur monté sur un bras supporté à pivot par rapport à la machine, est connu par le brevet suédois 339 443 Une conduite remplie de fluide, s'étend le long du bras et est, à l'endroit du godet d'excavation, relié à un corps ayant un volume variable sous l'influence de la pression du fluide L'autre extrémité du conduit est située sur la machine en un emplacement espacé du bras et relié à un mesureur de niveau Au moins certaines sections du conduit doivent être souples Lors du pliage de ces sections, le volume de fluide dans le conduit change considérablement, ce qui donne, en ce qui concerne la mesure de niveau prévue au brevet, une précision insuffisante en ce qui concerne le résultat de mesure Le volume de fluide et, par conséquent, le résultat de la mesure, varie également avec les changements de température Un problème supplémen- taire avec ce dispositif antérieur, est que le corps disposé sur le godet d'excavation est très exposé à être endommagé et requiert des mesures protectrices réduisant la capacité 2 - du godet En outre, il est souhaitable de pouvoir changer facilement et rapidement le godet Ceci rend inaproprié le fait de disposer le corps sur le godet. Suivant un perfectionnement de ce dispositif antérieur, on a suggéré de remplacer le corps et le mesureur de niveau par un capteur de pression délivrant un signal de sortie repré- sentatif de la hauteur de la colonne de fluide, de manière que l'influence des erreurs de mesure puisse être réduite, ledit capteur étant situé de manière à rester toujours sur le bras, plus précisément au voisinage d'une charnière entre le bras et le godet, de façon à permettre le changement ra- pide de celui-ci Les progrès dans le domaine des machines excavatrices ont tendu récemment vers l'emploi de godets de plus en plus étroits A cet effet, le bras et la charnière doivent aussi avoir une étendue latérale faible et il s'est révélé difficile de disposer le capteur de pression au voi- sinage de cette charnière. L'emploi de lumière laser à été récemment adopté de manière croissante sur les sites de construction et analogues, de façon à définir des niveaux de référence Il serait souhai- table de prévoir un dispositif au moyen duquel l'opérateur de la machine excavatrice pourrait facilement lire ces ni- veaux de référence sans avoir recours à des aiguilles indi- catrices séparées ou à d'autres accessoires plus ou moins primitifs. L'objet de l'invention est donc de permettre la résolution des problèmes ci-dessus et la lecture simple et commode des niveaux de référence établis par laser ou autres moyens. Le dispositif suivant l'invention, destiné à vérifier la profondeur atteinte par le travail d'une machine excavatrice comprenant un outil excavateur disposé sur un bras supporté de manière pivotante par rapport à la machine, comprend une conduite pleine de fluide associée au bras et s'étendant en- tre un emplacement du bras et un emplacement de la machine séparé du bras, ledit conduit étant associé à un capteur qui délivre une information correspondant à la hauteur de la colonne de fluide (VP) entre lesdits emplacements, est ca- ractérisé par un second capteur destiné à délivrer une 3- information relative à l'inclinaison du bras. Grâce à ce capteur d'inclinaison, on obtient la liberté de localiser le capteur qui détecte la hauteur de la colonne de fluide en un emplacement arbitraire sur le bras; l'informa- tion obtenue à partir des deux capteurs est suffisante pour le calcul, par exemple, du niveau de l'arrière de l'outil excavateur par rapport à un niveau de référence prédéter- miné En outre, un détecteur sensible à la lumière laser ou à d'autres rayonnements ou ondes définissant un plan, un niveau ou une ligne de référence, peut être disposé en un emplacement arbitraire sur le bras Dès que le détecteur à été localisé dans ledit plan de référence etc le niveau, par exemple de l'arrière de l'outil excavateur, peut faci- lement être calculé à partir de signaux de sortie du capteur d'inclinaison. On a accompli des efforts pour autoriser, pour les machines excavatrices ayant deux bras pivotés, une membrure de por- tée extérieure et une membrure de portée inférieure, la me- sure des profondeurs d'excavation, en disposant des capteurs d'inclinaison sur la membrure extérieure aussi bien que sur la membrure inférieure, sans utiliser la mesure d'une colon- ne de fluide Toutefois, ce mode d'exécution, basé sur de pures mesures d'inclinaison, donne une précision non satis- faisante, du fait qu'une erreur de mesure relativement faible concernant l'inclinaison de la membrure de portée extérieure entraîne une erreur importante, par suite de la grande longueur de cette membrure En outre, dans ce mode d'exécution, une condition nécessaire est que la connexion pivotante de la membrure de portée extérieure à un boîtier de machine mobile rotativement par rapport à un corps coin- cide avec l'axe de rotation, du fait que la rotation du boîtier de la machine donnerait autrement une erreur de mesure lorsque la machine n'est pas plantée sur un sol hori- zontal Finalement, il n'est pas possible, dans ce mode d'exécution, de changer la membrure de portée inférieure ou d'utiliser une membrure de portée extérieure ayant une lon- gueur effective variable, sans avoir la possibilité de modi- fication extensive ou de correction du système de mesure. -4 L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après, relative à un mode d'exécution préféré. Au dessin annexé Les figures 1 et 2, représentent schématiquement une machine d'excavation dans deux cas de fonctionnement différents. La machine excavatrice illustrée au dessin est du type clas- sique qui comporte un corps inférieur 1 muni de trains de roulement de véhicules Sur le corps inférieur est monté un bâti de machine excavatrice 2, rotatif par rapport au corps inférieur autour d'un axe 3 généralement vertical Une mem- brure de portée extérieure 4 est connectée au bâti 2 à tra- vers une charnière 5 et peut pivoter autour de cette char- nière, par exemple au moyen d'un mécanisme cylindre-piston 6 A son extrémité extérieure, la membrure de portée exté- rieure est reliée, par l'intermédiaire d'une charnière 7, à un bras 8 également appelé membrure de portée inférieure Un mécanisme cylindrepiston 9 fait pivoter la membrure 4 et le bras 8 l'un par rapport à l'autre A l'extrémité extérieure du bras 8, un outil d'excavation 11 ayant la forme d'un godet est connecté par l'intermédiaire d'une charnière 10. Un mécanisme cylindre-piston 12, sert à faire tourner le godet autour de la charnière 10 Pour vérifier la profondeur de l'opération d'excavation, on a prévu un dispositif com- prenant une conduite remplie de fluide 13, indiquée schéma- tiquement et associée au bras 8 et à la membrure 4 Cette conduite s'étend entre un emplacement 14 sur le bras 8 et un emplacement 15 sur le bâti 2 Elle peut en pratique compor- ter des sections extrêmement flexibles aux endroits de tran- sition entre le bâti 2 et la membrure 4 et entre la membrure et le bras 8. L'emplacement 15 sur le bâti 2 est constitué par un récep- tacle de fluide 16 ayant une coupe horizontale dont la sur- face dépasse considérablement la section droite de la con- duite 13, d'o il résulte que les changements de volume de la conduite 13, qui se produisent par suite de la flexion - des sections de conduite souple et des variations de tempé- rature, auront une influence très faible, donc négligeable, sur la colonne de fluide VP constituée par la conduite 13 s'étendant entre les emplacements 14 et 15. Un capteur 17 sert à délivrer une information correspondant à la hauteur de la colonne de fluide VP, et est associé à la conduite 13 Ce capteur 17 est, dans le présent cas, un cap- teur de pression disposé à l'emplacement 14 sur le bras 8 et actionné par la pression de fluide (colonne de fluide) dans la conduite 13 Le capteur de pression 17 est monté sur le bras 8 à une distance S de la charnière 10 C'est, bien en- tendu, un avantage considérable que le capteur de pression ne soit pas disposé sur le godet d'excavation 11 ou au voisinage de la charnière 10, o toutes les mesures qui peu- vent augmenter les dimensions doivent être évitées. Dans une machine excavatrice ayant un corps inférieur et un bâti rotatifs l'un par rapport à l'autre, il est avantageux que le réceptacle de fluide 16 qui, au-dessus du niveau de fluide, peut communiquer avec l'atmosphère ou rester sous vide constant sur surpression constante, soit aligné avec l'axe de rotation 3 ou, au moins, suffisamment proche de cet axe, du fait que les conditions de mesure ne seront pas de cette manière considérablement influencées ou ne seront pas influencées du tout par la rotation du bâti de la machine de l'axe 3, dans le cas o le corps inférieur 1 est incliné sur le sol. Il est alors évident que le soulèvement et l'abaissement de l'emplacement 14 sur le bras 8 par rapport à l'emplacement sur le bâti 2 fera varier la hauteur de la colonne de fluide VP, par conséquent l'indication du capteur de pres- sion 17, qui est avantageusement d'un type électrique, de façon que son signal de sortie électrique puisse être uti- lisé comme grandeur variable pour vérifier la profondeur du travail d'excavation Toutefois, du fait que le capteur de pression 17 est situé sur le bras 8 à une certaine distance de la charnière 10, cette grandeur seule n'est pas suffi- sante pour la vérification La distance S est connue et il en est de même pour la distance Hl, mais la composante ver- -6- ticale de la distance S dépend de l'inclinaison du bras 8. En plus du capteur de pression 17, un second capteur 18, apte à délivrer une information relative à l'inclinaison du bras 8, est disposé sur ledit bras A partir du capteur 18 qui peut également être apte à délivrer un signal de sortie électrique, une information relative à la valeur de l'ang- le a peut être obtenue En connaissant cet angle et la dis- tance S, il est alors possible de calculer l'intervalle ver- tical H 2 manquant entre la charnière 10 et le capteur 17, en relation avec les fonctions trigonométriques ordinaires. Comme cela est schématiquement indiqué à la figure 1, les signaux de sortie des capteurs 17 et 18 sont, à travers les capteurs 19 et 20, transmis à une unité de traitement, dis- posée dans le bâti 2 et apte à traiter les signaux de sortie délivrés par les capteurs, de façon à calculer la valeur de la différence d'altitude entre l'emplacement 15 (niveau de fluide dans le réceptacle 16) et une partie donnée de l'outil d'excavation, en pratique sa charnière 10 En d'autres termes, l'unité 21 est capable de calculer, sur la base de l'information provenant du capteur d'inclinaison 18, la différence d'altitude H 2 qui doit être ensuite addition- née à la hauteur de la colonne de fluide VP déterminée par le capteur de pression 17. L'unité 21 comprend un indicateur électronique de profondeur d'excavation qui, en pratique, peut être utilisé comme suit: Lorsqu'on doit effectuer une excavation, on place tout d'abord le godet 11 de manière que sa partie arrière 22 se trouve à un niveau connu de départ ou de référence. L'indication de profondeur peut être réglée à zéro pour son niveau de référence Pour simplifier, on suppose que ce ni- veau de référence correspond au niveau du sol M à la figure 1 Au cours de l'opération d'excavation, l'opérateur peut alors vérifier la profondeur d'excavation, en appliquant l'arrière 22 du godet contre le fond de l'excavation, en conformité à la figure 1 Sur l'indicateur de profondeur, on peut alors lire une valeur qui correspond à la profondeur H 3 de l'excavation du fait que l'indication d'altitude a été préalablement réglée à zéro pour le niveau de référence M. 7 - Lorsque la profondeur désirée à été atteinte, l'opérateur peut de nouveau régler l'indicateur à zéro, après quoi le fond en question de l'excavation constituera un niveau de référence. Il bien entendu important de régler le baquet 11 de la même manière lors du réglage du niveau de référence (réglage à zéro) et de lire les différences par rapport audit niveau de référence. A la figure 2, on a illustré un site de travail o l'on doit effectuer, avec la machine excavatrice, des excavations ayant différents niveaux de fond Sur les sites de travail de ce type, qui sont normalement des sites de construction, il est souvent prévu des moyens d'établir un niveau de réfé- rence N Ces moyens sont normalement constitués par un laser 23 tournant dans un plan horizontal. Comme cela apparaît à la figure 2, un détecteur 24 sensible à la lumière laser ou analogue est disposé sur le bras 8 Le détecteur 24 est indiqué de manière schématique à la figure 1 comme étant relié à l'unité de traitement 21, à travers une ligne électrique 25 Après avoir localisé la membrure 4 et le bras 8 dans des positions telles que le détecteur 24 se trouve au niveau de référence N, l'unité de traitement 21 est capable de calculer la différence d'altitude H 4 entre le niveau de référence et la charnière 10, sur la base de l'in- formation d'inclinaison émanant du capteur 18 et d'une in- formation qui peut être programmée dans l'unité de traite- ment 21, concernant la position du détecteur 24 sur le bras 8 et, éventuellement, ajoutée à la hauteur HI du godet (ré- glable à partir de la cabine de la machine), de façon à obtenir H 5 Si la position du détecteur 24 sur le bras 8 coïncide avec la position du capteur de pression 17 sur ledit bras (ce qui constitue le mode préféré bien qu'on ne l'ait pas représenté au dessin pour simplifier), il est alors suffisant d'emmaganiser, dans une mémoire appropriée, une information concernant le signal de sortie du capteur de pression lorsque les détecteurs 24 se trouvent au niveau N, de façon à pouvoir calculer le niveau de la charnière 10 ou de l'arrière 22 du godet par rapport au niveau N après le 8- déplacement du bras 8 et du godet Si l'arrière 22 du godet est, par exemple, abaissé contre le niveau de fond 0, l'unité de traitement 21 peut calculer la hauteur H 6 en calculant initialement l'abaissement du détecteur et l'em- placement du capteur de pression, par comparaison du signal de sortie du capteur de pression en question avec l'informa- tion mise en mémoire, à la suite de quoi la hauteur H 2, qui est calculée au moyen du signal de sortie du capteur d'in- clinaison 18, aussi bien que la hauteur Hl du godet, sont additionnées à la distance d'abaissement Si H 6-Hl, c'est-à- dire la hauteur entre le niveau N et la charnière 10, est désirée, on supprime l'addition de Hl De la manière dé- crite, la position de niveau O par rapport au niveau de ré- férence N peut être déterminée de manière simple sans que l'opérateur doive faire appel à un personnel d'assistance. L'invention peut, bien entendu, être modifiée de diverses façons sans s'écarter de son esprit; en particulier, l'ex- pression machine excavatrice englobe toutes machines desti- nées à creuser ou à effectuer un travail similaire, c'est-à- dire des machines à raclette arrière, des machines excava- trices supportées par roues, des dragues et autres excava- trices flottantes ou terrestres, en plus de celle qui a été représentée. 9- Revendications de brevets 1 Dispositif de vérification de la profondeur atteinte par le travail d'une machine excavatrice comportant un outil excavateur ( 11) disposé sur un bras ( 8) supporté de manière pivotante par rapport à la machine, comprenant une conduite pleine de fluide ( 13) associée au bras et s'étendant entre un emplacement ( 14) du bras et un emplacement ( 15) de la machine séparé du bras ( 8), ladite conduite étant associée à un capteur ( 17) qui délivre une information cor- respondant à la hauteur de la colonne de fluide (VP) entre lesdits emplacements ( 14, 15), caractérisé par un second capteur ( 18) destiné à délivrer une information relative à l'inclinaison du bras ( 8). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier capteur ( 17) est un capteur de pression prévu audit emplacement ( 14) du bras ( 8) et actionné par la pression de fluide dans la conduite ( 13). 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le capteur de pression ( 17) est dis- posé sur le bras à une certaine distance d'une charnière ( 10) reliant l'outil d'excavation ( 11) au bras ( 8). 4 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une unité de traitement ( 21) est apte à traiter automatiquement l'information reçue des capteurs ( 17, 18), pour calculer la valeur de la différence d'alti- tude entre ledit emplacement ( 15) -sur la machine ou un ni- veau de référence fixé et une partie donnée (par exemple, la charnière 10 ou l'arrière 22) de l'outil de l'excavation ( 11) ou du bras ( 8). Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un détecteur ( 24) sensible à la lumière laser ou à d'autres rayonnements ou ondes ou tout autre dis- positif définissant un plan, un niveau ou une ligne de réfé- rence, est prévu sur ledit bras ( 8). - 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par une unité de traitement ( 21) apte à calculer automatiquement la différence d'altitude entre le détecteur ( 24) et une partie donnée (par exemple, la charnière 10 ou l'arrière 22) de l'outil de creusement ( 11) ou du bras ( 8). 7 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le détecteur ( 24), le capteur de pres- sion ( 17) et le capteur d'inclinaison ( 18) sont disposés au même emplacement ou niveau sur le bras ( 8).