Brevet FR2498875A1 — publié le 19820806

L'invention se rapporte, en général, aux instruments aratoires travaillant le sol et elle a plus particulièrement pour objet un support assemblé articulé et à retour automatique utilisé pour le montage des dents des scarificateurs ou des cultivateurs. Quand on analyse le fonctionnement d'un outil pénétrant dans le sol comme une dent d'un scarificateur, on peut constater que le meilleur résultat dans le travail du sol et de culture est obtenu quand l'outil qui pénètre dans le sol est tenu par une force suffisante permettant à la pointe de cette dent de conserver une position constante de travail dans des conditions normales d'utilisation. Toutefois, il est préférable, pour les instruments aratoires travaillant dans des terrains rocailleux ou précédemment plantés d'arbres, que la dent soit capable de fléchir vers le haut plutôt que d'être endommagée par un obstacle et soit capable aussi, quand ce dernier a été franchi, d'entrer à nouveau dans le sol et de reprendre rapidement sa position de travail sans aucune intervention extérieure. Ceci nécessite une force importante de retour dans le sol particulièrement quand on utilise la méthode du labourage réduit qui nécessite que l'instrument travaille dans des conditions où le sol est relativement dur. Les mouvements d'une dent d'un scarificateur peuvent être répartis en deux états distincts a) sa pointe est dans le sol b) sa pointe est au-dessus du sol. Dans l'état a) la dent peut être déplacée au -dessus d'un obstacle enterré ou elle peut franchir partiellement un obstacle qui apparaît au-dessus de la surface du sol. Dans cet état il est souhaitable que la force de tirage s'accroisse pour que, pendant son mouvement de retour, la dent puisse regagner rapidement et complètement sa position normale de travail. Dans l'état b) il est clairement souhaitable que la force de tirage diminue rapidement lorsque la dent est obligée de s'accommoder d'un obstacle qui est en saillie au-dessus de la surface du sol. La force de tirage est la force qui s'exerce à la pointe de la dent, qui est initialement, quand la dent est entièrement dans le sol, une force substantiellement horizontale et qui devient, quand la dent se déplace vers le haut, une force à composante verticale croissante. On utilise déjà des dents dont le comportement est en relation avec celui décrit ci-dessus à l'état a) ou à l'état b), mais non avec les deux. Par exemple, une dent qui est conçue pour avoir une force de tirage substantiellement constante caractéristique sur toute la gamme de ses mouvements est décrite dans un brevet australien nO 443 506 de la Société Deere & Company .De plus, on connaît une dent qui utilise un mécanisme à rotule de verrouillage et qui permet une réduction rapide de la force de tirage dans l'état b) mais qui ne procure pas la possibilité d'un retour rapide dans le sol sans intervention. I1 a été constaté sur les instruments à plusieurs dents que l'élévation du tirage qui se produit quand une ou plusieurs dents sont obligées de surmonter un obstacle à un moment donné, représente une faible augmentation du tirage total et que l'on peut facilement s'arranger pour qu'il reste inférieur à la capacité de traction d'un tracteur. I1 a été constaté en outre que le tirage caractéristique d'une dent telle que celle décrite dans le brevet Deere cité plus haut ne convient pas dans les conditions difficiles de travail du sol que l'on rencontre en Australie. Une difficulté supplémentaire se rencontre avec des supports assemblés articulés du type de ceux décrits dans le brevet déjà mentionné en ce qui concerne le point de montage supérieur du ressort de rappel. Etant donné que l'angle entre l'axe longitudinal du ressort et l'élément de montage de celui-ci change, la tige centrale du ressort qui limite l'extension de ce dernier fait un angle variable avec l'élément de montage. On a déjà utilisé un axe pour monter l'extrémité supérieure de l'ensemble élastique de rappel mais comme les axes sont, notoirement, des pièces de forte usure dans les machines agricoles, leur emploi doit être évité autant que possible. L'appareil décrit dans le brevet mentionné plus haut évite l'emploi d'un axe en permettant au ressort de faire avec l'élément de montage un angle autre qu'un angle droit.Toutefois, comme la tige est obligée de coulisser à travers l'élément de montage quand le ressort est comprimé, ce changement de l'angle fait que la tige porte contre la surface latérale de l'ouverture à travers laquelle elle passe et ceci provoque l'usure de cette tige. Prévoir une ouverture plus grande n'apporte pas une solution puisque la tige est montée pivotante à son extrémité inférieure et qu'elle est ainsi capable de se déplacer jusqu'à une position où elle porte encore sur la surface latérale de l'ouverture quelle que soit la dimension de celle-ci. En outre, avec un montage tel que celui décrit dans le brevet en question, l'extrémité supérieure du ressort commence à se tordre quand l'angle entre l'élément de montage et le ressort varie et cette déformation peut affecter de façon gênante le fonctionnement de l'ensemble. En conséquence, le but principal de l'invention est de parvenir à un support assemblé articulé pour instruments aratoires travaillant le sol avec lequel on obtient une caractéristique améliorée de la force en fonction du déplacement par rapport aux supports assemblés classiques. Un autre but de l'invention est de parvenir à un mode de montage de la partie supérieure d'un support assemblé articulé pour instruments aratoires travaillant le sol qui évite les ennuis dûs à l'usure de la tige centrale de retenue du ressort et à la déformation gênante de ce dernier. Un support assemblé articulé pour instruments aratoires travaillant le sol comprend un mécanisme de libération de la dent à retour automatique servant à porter un outil de travail du sol, ce mécanisme étant apte à retenir cet outil à une hauteur minimum dans une position de travail en dessous de la surface du sol en l'absence d'une force de rupture prédéterminée et à permettre à cet outil de se déplacer jusqu'à une hauteur maximum au-dessus de la surface du sol en réponse à l'apparition d'une force anta goniste déterminée, ce support assemblé étant caractérisé en ce que la cinématique du mécanisme est telle qu'une force de rappel s'exerçant sur la dent s'accroit à mesure que la hauteur de celle-ci augmente jusqu'à ce qu'elle atteigne une position dans laquelle elle dégage la surface du sol et telle que cette force de rappel diminue rapidement à mesure que la hauteur de la dent s'élève jusqu'à ladite hauteur maximum, le mécanisme maintenant une force de rappel résiduelle suffisante à cette hauteur maximum pour déplacer la dent vers le bas en l'absence de la force de rupture, cette force de rappel s'accroissant rapidement à mesure que la dent se déplace vers le bas à partir de sa hauteur maximum jusqu'à atteindre une valeur de rappel maximum quand 11 outil est au niveau du sol. Dans un mode de réalisation de l'invention, un support assemblé articulé pour instruments aratoires travaillant le sol comprend un élément de montage allongé rigide destiné à être réuni au bâti principal d'une machine de manière que cet élément de montage s'étende vers l'arrière et vers le haut à partir de ce bâti, un dispositif de fixation d'une dent réuni de façon pivotante à l'élément de montage à l'extrémité inférieure de celui-ci, une tige de retenue d'un ressort ayant une extrémité articulée sur le dispositif de fixation de la dent en un point situé à l'arrière de l'élément de montage et un ressort de compression entourant la tige pour que celle-ci s'y étende coaxialement; ce support assemblé est remarquable en ce que des portées supérieure et inférieure de maintien du ressort sont placées sur la tige de retenue afin de guider les extrémités de ce ressort, la portée supérieure étant coulissante sur la tige et ayant une face supérieure plane dans l'ensemble pour coopérer avec une plaque de montage faisant partie de l'élément de montage, cette face supérieure comprenant une nervure sur l'un et l'autre côté d'une ouverture centrale de passage du ressort, chaque nervure étant apte à se loger dans une gorge appropriee prévue dans la plaque de montage de sorte que cette portée supérieure est capable d'osciller dans une gamme angulaire limitée pendant qu'elle est en contact avec la plaque de montage, une ouverture étant ménagée dans cette dernière à une dimension telle que la tige est capable de la traverser sans venir en contact avec elle quand la portée supérieure oscille dans la limite angulaire prévue. Afin que l'invention soit mieux comprise, on donnera maintenant, uniquement à titre d'exemple, une description d'un mode particulier de réalisation; on se reportera aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en élévation et en coupe d'une partie d'un instrument aratoire équipé d'un support assemblé conforme à l'invention - la figure 2 est une vue de dessus en coupe du support de la figure 1 - la figure 3 est une vue éclatée en perspective, à échelle réduite, du support de la figure 1 - la figure 4 est une vue en perspective de la plaque supérieure de montage de l'extrémité supérieure du ressort dans le support de la figure 1 - la figure 5 est un graphique illustrant la caractéristique principale du support de la figure 1 montrant en ordonnées les forces en fonction des déplacements portés en abscisses. L'instrument représenté ici comprend essentiellement un élément principal 10 de montage ayant un profil en U avec une découpe transversale à angle droit à proximité de son extrémité inférieure destinée à recevoir un élément porteur 11 qui fait partie d'une machine agricole (non représentée) sur laquelle l'instrument est fixé. L'élément de montage 10 est attaché à l'élément porteur 11 par des boulons 12 repliés en U. Comme on peut le voir sur la figure 1, l'élément de montage 10 est prévu pour s'étendre vers le haut et vers l'arrière à partir de l'élément porteur 11, par rapport à la direction du déplacement de la machine agricole. L'extrémité supérieure de l'élément de montage 10 présente une plaque de montage 13 destinée à servir d'appui à l'extrémité supérieure d'un ensemble élastique que l'on décrira ci-dessous. La plaque supérieure de maintien ou plaque 13 de retenue du ressort est visible plus clairement sur la figure 4. On remarquera que cette plaque 13 présente une gorge transversale 14 et une ouverture 15 pour des raisons qui apparaîtront plus loin. Un étrier de montage 16 destiné à la fixation d'une dent est monté pivotant à l'extrémité inférieure de l'élément de montage 10 et s'étend vers l'arrière à partir de celui-ci. Cet étrier 16 s'ajuste convenablement entre les ailes latérales de l'élément de montage 10 en U et un arbre 17 les traverse pour constituer l'axe nécessaire. Cet axe est retenu en position par un écrou 18. Des coussinets convenables 19 et une entretoise 20 sont montés sur l'arbre 17 et ces coussinets 19 coopèrent avec des douilles porteuses 21 montées à l'intérieur d'un fourreau approprié 22 qui est soudé à l'extrémité de l'étrier 16. Celui-ci présente des trous 23 qui se correspondent transversalement pour permettre le montage et la fixation d'une dent 32. L'étrier 16 peut etre considéré comme faisant partie de la dent 32 et on pourrait concevoir qu'il fasse corps avec cette dernière bien que, pour changer la dent, il est bien préférable que l'étrier 16 et la dent 32 soient des pièces distinctes assemblées. Une tige 24 de retenue d'un ressort est articulée sur l'étrier de montage 16 en un point 25 à partir duquel elle s'étend vers le haut et passe à travers l'ouverture 15 ménagée dans la plaque de montage 13. Une face surélevée 26 prévue sur la surface supérieure de la plaque 13 constitue un appui pour une rondelle 27A et un écrou 27 qui limitent le mouvement vers le bas de la tige 24 sous l'effet de la traction du ressort de compression 28, comme on peut le voir sur la figure 3. Des portées de retenue du ressort supérieure et inférieure 29 et 30 respectivement reçoivent les extrémités du ressort de compression 28 et garantissent que la tige 24 s'étend coaxialement. La portée supérieure 29 a une surface 31 avec une nervure ou un couteau qui se loge dans la gorge transversale 14 de la plaque de montage 13.Les portées 29 et 30 de centrage du ressort sont montées coulissantes sur la tige 24. De préférence, chaque nervure 31 se termine par un sommet aigu, ou en couteau, et chaque gorge 14 a une ouverture angulaire moins aiguë. De plus, il est avantageux de donner à l'ouverture 15 prévue dans la plaque 13 un profil ovale dont la plus grande dimension est placée dans le sens du débattement angulaire de la tige 24. Ccmme on peut le voir sur la figure 3 éclatée, une dent 32 est attachée à l'étrier 16 et elle porte à son extrémité inférieure un outil 33 qui est l'outil de travail de l'instrument. Ainsi qu'on peut le voir en observant les dessins, le ressort de compression 28 repousse l'étrier 16 vers le bas en l'éloignant du point d'appui supérieur 34 jusqu'à ce que l'écrou et la rondelle portent sur la face surélevée 26 de la plaque de montage 13. Pendant l'utilisation, quand la dent 32 est repoussée vers le haut par un obstacle, la tige 34 glisse à travers l'ouverture 15 et le ressort 28 est comprimé. Initialement, le taux de changement de la force de rappel du ressort est légèrement supérieur au taux de diminution du bras de levier de ce ressort par rapport à son point de pivotement 35 autour de l'arbre 17. Cette situation est due à ce que, initialement, la ligne d'action est presqu'une compression rectiligne du ressort 28. A mesure que le point 25 d'articulation de la tige sur l'étrier se déplace en sens anti-horaire par rapport au point de pivotement 35, la ligne d'action du ressort se rapproche de ce point de pivotement et, de cette façon, le bras de levier diminue. Par conséquent, à mesure que la dent se déplace davantage vers le haut, le taux de changement du bras de levier augmente et le taux de changement de la force du ressort diminue ce qui permet une décroissance rapide de la force de tirage après une augmentation initiale. On a surimposé sur la figure 1, en le dessinant en trait mixte, un triangle dont les sommets sont les trois points d'action de l'instrument. Ce triangle a des côtés M, L et N., comme on peut le voir sur la figure. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la relation entre les trois points en question peut être définie par la formule suivante N. = (L2 + M2 ~ 2ML Cos #i) 1/2 ~~~~~~~~~~~~~~~~~ / (1) (1) dans laquelle, Ni est la longueur comprimée du ressort 28, L et M sont les distances fixes visibles sur la fig. 1, e. est l'angle variable entre les côtés L et M. Quand on utilise la formule (1) la force horizontale de tirage F hi est définie, dans ce mode de réalisation, comme suit dans laquelle, S est le coefficient du ressort, R est le rayon entre la pointe de l'outil 33 travail lant le sol et l'axe 35 de pivotement, T est la longueur du ressort à l'état libre, est l'angle initial entre la ligne verticale 36 et une ligne tirée radialement entre l'axe de pivotement 35 et la pointe de l'outil 33, c'est- -dire quand la dent est totalement abaissée est le méme angle que O sauf qu'il a une valeur différente quand la dent est soulevée. Dans un cas particulier de réalisation de l'invention, la longueur M était de 460 mm, la longueur L de 210 mm. En position de repos la valeur de N. était de 410 mm et quand la pointe-de la dent avait été soulevée de 200 mm de haut la valeur de N. était égale à 305 mm. Quand le ressort était complètement comprimé, c'est-à-dire quand la dent parvenait à sa hauteur maximum de soulèvement, la valeur de Ni était de 250 mm. On se reportera maintenant à la figure 5 qui est un graphique montrant l'allure caractéristique de la force en fonction du déplacement avec un instrument aratoire conforme à l'invention. La force F est la force de tirage à la pointe de la dent 32, c'est-à-dire à l'extrémité de la dent à laquelle est fixé l'outil 33 de travail du sol. Le déplacement D représente la hauteur de soulèvement de la dent à partir d'un état initial a) où la dent est au repos, c'est-à-dire que la dent se trouve à sa position la plus inférieure et que l'outil de travail se trouve à sa profondeur normale de travail en dessous de la surface du sol. La position (n) indiquée sur le graphique représente le point où le déplacement égale la longueur normale de travail, c'est-à-dire que l'outil se trouve à la surface du sol. On notera que la force de tirage maximum se produit quand le déplacement atteint (n). La force de tirage (f) est la force à laquelle la dent commence à se déplacer. On remarquera que la force de tirage F a une valeur minimum à l'état du déplacement maximum ou hauteur maximum de soulèvement indiqué sur le graphique par le point (m). I1 est évident, à partir de la description qui précède, qu'un scarificateur ayant des dents montees conformément à l'invention, procure des résultats bien améliorés par rapport à ceux que permettent les instruments aratoires classiques. En concevant la géométrie de l'accessoire conformément à l'invention, on obtient la caractéristique optimum de la force en fonction du déplacement. La force nécessaire pour soulever initialement la dent à partir de sa position maximum de travail s'accroît à mesure que la hauteur de la dent augmente jusqu'au moment où la pointe de la dent commence à dégager la surface du sol puis la force horizontale diminue rapidement à mesure que la hauteur de soulèvement de la dent augmente. A partir de la position maximum de soulèvement de la dent la force s'accroît rapidement afin de ramener la dent à sa position de travail et, quand cette dernière se déplace vers le bas, la force augmente rapidement pour obliger la dent à revenir sous la surface du sol. Cette caractéristique obtenue par l'invention convient très bien aux conditions australiennes od le sol est généra lement plus sec et plus dur que dans les pays d'outre-mer et où on risque de rencontrer beaucoup plus d'obstacles dans le sol. L'élément qui fournit la force de rappel n'est pas nécessairement un ressort hélicoldal. On peut utiliser tout dispositif élastique que l'on peut placer à l'intérieur d'un mécanisme présentant la caractéristique force -déplace- ment comme décrit ci-dessus. REVENDICATIONS 1. Support assemblé articulé pour instruments aratoires travaillant le sol comprenant un mécanisme de dégagement des dents à rappel automatique pour porter un outil de travail du sol, ce mécanisme étant apte à retenir cet outil à une hauteur minimum à une position de travail en dessous de la surface du sol en l'absence d'une force de rupture prédéterminée et à permettre à cet outil de se déplacer jusqu'à une hauteur maximum de soulèvement au -dessus de la surface du sol en réponse à une force de rupture appropriée, caractérisé en ce que la cinématique de ce mécanisme est telle que la force de rappel exercée sur la dent (32) s'élève à mesure que la hauteur de cette dent s'accroît jusqu'à ce qu'elle atteigne une position dans laquelle elle dégage juste la surface du sol après quoi la force de rappel décroît rapidement à mesure que cette hauteur de dégagement s'élève jusqu'à une hauteur maximum, ledit mécanisme maintenant une force de rappel résiduelle suffisante à cette hauteur maximum de souleve- ment afin de déplacer la dent (32) vers le bas en l'absence d'une force angatoniste, cette force de rappel s'accroissant rapidement à mesure que la dent (32) se déplace vers le bas à partir de la hauteur maximum de soulèvement jusqu'à une valeur maximum de cette force de rappel quand la dent t32) atteint le niveau du sol. 2. Support assemblé articulé selon la revendication 1 dans lequel la force de rappel est fournie par un ressort de compression entourant une tige de maintien, cette der nière ayant une extrémité inférieure montée pivotante par rapport à la dent et une extrémité supérieure passant à travers un élément de montage du mécanisme, cette dent étant aussi montée pivotante à une de ses extrémités sur cet élément de montage, le ressort de compression étant disposé pour être comprimé entre ladite dent et ledit élément de montage, caractérisé en ce que le support assemblé a une géométrie telle qu'à la suite d'un déplacement initial vers le haut de la dent à partir d'un état de hauteur minimum, la vitesse de diminution de la force de rappel est légèrement supérieure à la vitesse de décroissance d'un bras de levier de la force de rappel autour de l'axe (35) de pivotement de la dent (32), et que, quand ce mouvement vers le haut de la dent (32) se poursuit, la vitesse de décroissance de ce bras de levier augmente et le taux d'élévation de la force de rappel diminue afin de provoquer une décroissance rapide de la force de rappel après cette augmentation initiale. 3. Support assemblé articulé selon la revendication 2 caractérisé en ce que des portées de guidage supérieure (29) et inférieure (30) du ressort (28) sont disposées sur la tige de retenue afin de guider les extrémités de ce ressort (28), la portée supérieure (29) étant montée coulissante sur la tige (24) ét ayant une face supérieure plane dans l'ensemble pour coopérer avec une plaque de montage (13) faisant partie de l'élément de montage (10), cette face supérieure ayant une nervure (31) de part et d'autre d'une ouverture centrale de passage de la tige (24), chaque nervure (31) étant destinée à se loger dans une gorge appropriée (14) prévue sur la plaque de montage (13) afin que cette portée (29) soit capable d'osciller dans une gamme angulaire limitée quand elle est en contact avec la plaque de montage (13), l'ouverture (15) ménagée dans cette dernière ayant une dimension telle que la tige (24) est capable de la traverser sans venir en contact avec elle quand la portée supérieure de guidage (29) oscille dans la limite angulaire prévue. 4. Support assemblé articulé selon la revendication 3 caractérisé en ce que chaque nervure (31) se termine par un sommet en angle aigu analogue à un couteau et chaque gorge (14) présente un angle moins aigu. 5. Support assemblé articulé selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'ouverture (15) ménagée dans la plaque de montage (13) a un profil ovale dont la dimension la plus importante se trouve dans le sens d'oscillation de la portée de guidage (29) du ressort (28). 6. Support assemblé articulé pour instruments aratoires de travail du sol comprenant un élément de montage rigide allongé pour fixation au bâti principal d'une machine de façon telle que cet élément de montage s'étend vers l'arrière et vers le haut à partir de ce bâti, un dispositif de fixation d'une dent réuni de façon pivotante à l'élément de montage à l'extrémité inférieure de celui-ci, une tige de retenue d'un ressort montée pivotante à une extrémité par rapport au dispositif de montage de ladite dent en un point situé en arrière de l'élément de montage, un ressort de compression disposé coaxialement autour de la tige, caractérisé en ce que des portées de maintien du ressort supérieure (29) et inférieure (30) sont placées autour de la tige de retenue (24) afin de guider les extrémités dudit ressort (28 la portée supérieure (29) étant montée coulissante sur la tige (24) et présentant une face supérieure plane dans l'ensemble pour venir au contact d'une plaque de montage (13) faisant partie de l'élément de montage (10), cette surface supérieure ayant une nervure (31) s'étendant de part et d'autre d'une ouverture centrale de passage de la tige (24), chaque nervure (31) étant apte à se loger dans une gorge appropriée (14) prévue sur la plaque de montage (13) de façon que cette portée de guidage supérieure (29) soit capable d'osciller dans une gamme angulaire limitée quand elle est en contact avec la plaque de montage (13), une ouverture étant ménagée dans cette dernière à une dimension telle que la tige (24) la traverse sans venir en contact avec elle quand la portée supérieure de guidage (29) oscille de la valeur angulaire prévue. 7. Support assemblé articulé selon la revendication 6 caractérisé en ce que chaque nervure (31) se termine par un sommet aigu et chaque gorge (14) présente un angle moins aigu, l'ouverture (15) ménagée dans la plaque de montage (13) ayant un profil ovale dont la dimension la plus grande est placée dans le sens d'oscillation de la portée de guidage supérieure (29).