Brevet FR2503361A1 — publié le 19821008

L'invention concerne un appareil pour mesurer et surveiller les valeurs instantanées du couple, de la vitesse de rota- tion et, éventuellement, de la puissance, obtenue par multiplica- tion de ces deux valeurs, qui s'établissent dans une transmission par arbre articulé entre la prise de force d'un tracteur et une machine agricole portée ou traînée, appareil comprenant un arbre de mesure sollicité en torsion, deux roues dentées concordantes calées sur les extrémités de cet arbre, deux bouts d'arbre de raccordement faisant extérieurement suite aux roues dentées et montés en deux carters formant logement de palier, deux capteurs travaillant sans contact et conjugués chacun à une roue dentée et deux couvercles fermant les carters extérieurement. On connaît déjà (demande de brevet allemand DE-AS 23 32 110) un système de mesure de couple et de vitesse de rotation travaillant sans contact et capable, par multiplication de ces deux valeurs, de fournir aussi la puissance. Dans ce système, des éléments de roue dentés ou perforés sont fixés sur l'arbre et des roues excitatrices dentées ou perforées sont fixées sur un second arbre parallèle au premier et dans le plan des roues men- tionnées en premier, les paires de roues coopérant entre elles et avec des capteurs pour la production de signaux sous forme d'impul- sions. Le signal obtenu est soumis à une préparation adé- quate et converti dans un multiplicateur en un signal proportionnel à la puissance. A cause de la disposition en parallèle de deux arbres, ce système n'est pas applicable dans l'arbre d'entraînement entre un tracteur et une machine agricole parce que l'espace libre y est trop restreint pour un accouplement de mesure aussi encombrant. Des raisons de sécurité interdisent en plus l'emploi d'un appareil avec des pièces tournantes exposées et il n'y a pas assez de place pour un recouvrement entourant tout l'appareil. La demande de brevet allemand DE-OS 28 15 463 décrit un autre accouplement mesureur de couple qui fonctionne sans contact. Cet appareil comporte deux roues dentées disposées fixes à distance l'une de l'autre sur un arbre et fournissant, en tant que généra- teurs de signaux, des impulsions tirées de l'arbre, qui possèdent la même fréquence mais présentent entre elles un déphasage qui est fonction de la grandeur du couple. L'électronique d'interpré- tation comporte en plus une horloge qui permet d'exploiter un nombre d'impulsions correspondant au déphasage donc au couple. Les impulsions sont reçues par un compteur numérique et les résul- tats sont indiqués de façon connue par un afficheur. En raison du haut degré d'irrégularité que présentent les entraînements à partir de la prise de force d'un tracteur, irrégularité qui est encore accentuée par les joints de cardan fléchis, les résultats numériques ainsi affichés sont illisibles. L'invention vise à créer un appareil qui, de par sa construction d'ensemble, puisse être incorporé dans un arbre arti- culé présentant en service un haut degré d'irrégularité et puisse encaisser sans dommages des forces transversales engendrées par le fléchissement des joints d'arbre et qui soit en mesure d'indiquer au conducteur du tracteur les charges produites dans l'arbre pen- dant l'entraînement de la machine agricole et de déclencher éven- tuellement des fonctions de réglage ou de commande. Selon l'invention, on obtient ces résultats par le fait que: a) les capteurs sont installés sur les carters, b) les carters sont tenus axialement sur les bouts d'arbre de raccordement, c) les bouts d'arbre, faisant extérieurement suite aux roues dentées, ont un diamètre qui est à peu près le double du diamètre de la partie médiane formant l'arbre de mesure proprement dit, d) les carters sont entourés d'un tube enveloppe souple et e) les carters sont circonférentiellement reliés rigidement entre eux en rotation par au moins une bande flexible. Grâce à la construction selon l'invention, l'appareil de mesure peut, par exemple, être emboîté directement, par un côté, sur la prise de force du tracteur, tandis que l'autre côté est raccordé directement à un joint d'arbre. Les forces transversales élevées produites au fléchissement du joint et faisant sous certaines conditions fléchir l'arbre de mesure, ne faussent pas les résultats parce que le blocage des carters sur les bouts d'arbre, joint au recouvrerent extérieur souple des cactcrs par le tube enveloppe, assure que les capteurs, installés sur les carters, conservent le même écartement des roues dentées servant de générateurs de signaux. Les carters suivent donc, pour l'essentiel, le fléchisse- ment de l'arbre de mesure. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'inven- tion, chaque roue dentée présente à son pourtour un collet de montage dirigé axialement vers l'intérieur pour un palier d'appui supplémentaire. Cette mesure a une influence favorable sur la stabilité de position descapteurspar rapport aux roues dentées et elle est recommandée surtout dans les cas o la machine agricole entraînée absorbe une forte puissance. Les capteurs d'un mode de réalisation avantageux sont des capteurs différentiels à magnétorésistance, lesquels permettent de relever de façon simple le déphasage créé entre les deux capteurs par le couple appliqué à l'arbre de mesure, de même que la vitesse de rotation de l'arbre chargé. L'emploi de capteurs inductifs permet d'élargir la plage des températures dans laquelle l'appareil de mesure est uti- lisable. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, l'arbre de mesure est formé par un arbre d'entraînement faisant partie d'une machine en soi connue, les bouts d'arbre de raccorde- ment,qui sont creux, présentant des moyens pour leur fixation à l'arbre d'entraînement. Un appareil de mesure ainsi réalisé peut être incorporé dans une transmission d'entraînement de machine susceptible d'être exposée à des surcharges. Selon une autre caractéristique, le montage de l'élec- tronique d'interprétation pour l'appareil selon l'invention se limite à deux amplificateurs opérationnels montés en comparateur, l'un étant inverseur et l'autre non inverseur, dont les sorties sont connectées à travers un élément NOR à un premier filtre passe-bas pour déterminer le couple et à un convertisseur fréquence-tension prévu à la suite de l'amplificateur opérationnel non inverseur et lui-même suivi d'un second filtre passe-bas pour déterminer la vitesse de rotation, ainsi qu'un multiplicateur pour déterminer la puissance par établissement du produit du couple et de la vitesse. Comme cette électronique ne comporte que quelques composants, elle peut être très peu encombrante et peut donc être installée après coup dans la cabine d'un tracteur. Elle peut être installée en plus à différents autres endroits adéquats et pro- tégés du tracteur et de la machine agricole pour accomplir des fonctions de réglage et de commande. L'un des avantages du dispo- sitif électronique d'interprétation selon l'invention est qu'il est capable de fournir une grandeur de réglage ou de commande qui n'est pas perturbée par l'irrégularité du mouvement de rota- tion de l'arbre. L'emploi de l'appareil selon l'invention permet d'optimiser fortement le travail avec des machines agricoles. Il est possible, par exemple, pour produire un tra- vail régulier du sol, de préfixer une puissance à absorber par la machine ou l'instrument travaillant le sol et de la maintenir constante par une régulation utilisant les signaux fournis par l'appareil de mesure. Il est possible aussi de réguler la vitesse de rotation du moteur du tracteur afin d'obtenir une vitesse de marche régulière du tracteur dans certains travaux, par exemple pour obtenir une distribution uniforme de la semence lorsque le tracteur tire un semoir. L'appareil de mesure selon l'invention est capable aussi de détecter en temps voulu des bourrages fréquents sur des machines de récolte et d'arrêter le cas échéant l'entraînement à l'aide d'un accouplement de sûreté commandé prévu en plus dans la transmission. Encore un autre avantage est que l'appareil selon l'invention, s'il est employé sur des machines dont la marche risque d'être entravée par des corps étrangers, ne réagit pas seulement aux métaux, comme les détecteurs de métaux actuelle- ment utilisés habituellement, mais aussi à des morceaux de bois ou à des pierres qui, lorsqu'ils sont pris dans les organes tra- vaillants de la machine, provoquent une brusque élévation du couple; de sorte que l'entraînement peut être coupé en temps utile. Le conducteur du tracteur est informé de la manière la plus simple de la sollicitation ou charge instantanée de la machine, ou du degré d'utilisation de la capacité de la machine pendant un certain travail, par un afficheur analogique ou quasi numérique utilisant des diodes électroluminescentes (DEL). L'indication peut être en plusieurs couleurs pour faire ressortir des plages de travail préférentielles. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une coupe axiale d'un appareil de mesure selon l'invention et d'une partie d'une fourche de joint montée directement sur l'un des boutsd'arbre de l'appareil; - la figure la est une vue analogue d'un appareil dont les roues dentées présentent, à leurs pourtours, des collets de montage dirigés axialement vers l'intérieur pour deux roulements supplémentaires; - la figure lb est une vue analogue d'un appareil de mesure selon l'invention dont les bouts d'arbre de raccordement sont réalisés comme des éléments creux pour la réception d'un arbre d'entraînement existant qui est utilisé en même temps comme arbre de mesure; - la figure 2 est un schéma fonctionnel de l'électro- nique d'interprétation; et - la figure 3 est un diagramme montrant la combinaison des sorties des deux amplificateurs opérationnels par l'élément NOR. La partie essentielle de l'appareil de mesure repré- senté figure 1 est l'arbre de mesure 6 portant aux deux extrémités les roues dentées 5 et 5' servant de générateurs de signaux. Axia- lement vers l'extérieur, les roues dentées 5, 5' sont suivies par des bouts d'arbre de raccordement 2, 2'> dont le diamètre est à peu près le double du diamètre de l'arbre de mesure 6. Sur le bout d'arbre 2 est emboîtée une fourche de joint 1 qui est reliée par un croisillon à une deuxième fourche de joint (non représentée) solidaire d'une partie d'arbre articulé. Le bout d'arbre de raccordement 2' se termine par une bride à laquelle est fixée, dans l'exemple représenté figure 1, un manchon cannelé intérieurement et destiné à être emboîté sur la prise de force d'un tracteur. Sur les bouts d'arbre 2 et 2' sont montés, avec interposition de roulements 7 et 7', deux carters 4, 4' qui sont reliés en rotation l'un à l'autre par au moins une bande flexible 10. Les carters 4, 4' sont protégés axialement vers l'exté- rieur par des couvercles 3, 3', pourvus d'un joint, contre la péné- tiation de sable et d'autres matières étrangères inévitables dans les travaux agricoles. Sur les carters 4, 4' sont installés des capteurs 8, 8' - constitués par exemple par des capteurs différentiels à magnéto- résistance - qui se trouvent et restent radialement à une distance d'environ 0,1 mm des dents des roues 5, 5'. La pénétration des matières étrangères dans l'intervalle entre les deux carters 4, 4' est empêchée par un tube enveloppe souple 9. La figure la montre une variante renforcée de l'appa- reil de mesure, utilisée de préférence avec des machines absorbant une puissance élevée et entraînées par des tracteurs dont les moteurs ont une puissance de plus de 75 kW (100 ch). Chacune des roues dentées , 5' porte un collet de montage 11 situé radialement à l'extérieur et dirigé axialement vers l'intérieur, qui sert à recevoir la bague intérieure d'un second roulement 7 respectivement 7'. Les capteurs 8, 8' sont disposés dans des perçages radiaux des carters 4, 4'. L'appareil de mesure représenté figure lb est destiné en particulier à être incorporé après coup dans un arbre d'entraîne- ment 18 d'une machine. Cet arbre est utilisé dans ce cas en même temps comme arbre de mesure. Les bouts d'arbre de raccordement 2, 2' sont des éléments creux réalisés de manière à pouvoir être reliés rigidement en rotation à l'arbre d'entraînement 18. La figure 2 représente schématiquement le dispositif électronique d'interprétation. Les capteurs 8, 8' coopérant avec les roues dentées 5, 5' sont reliés, l'un à l'entrée inversée et l'autre à l'entrée directe de deux amplificateurs opérationnels 12, 12' montés en comparateur. La variation des tensions de référence URef.1 et URef 2 appliquées aux autres entrées des amplificateurs 12 et 12' permet l'ajustement à zéro de l'indication en l'absence de couple. Les sorties des amplificateurs opérationnels 12, 12' sont connectées entre elles à travers un élément NOR 13, selon la fonction F = U'.UI, à partir de laquelle le filtre passe- bas TP1 14 prévu à la suite forme une tension proportionnelle au couple sta- tique. Pour la détermination de ce couple, il est avantageux d'ajus- ter le filtre 14 à une fréquence limite inférieure à 1 Hz. En uti- lisant en plus un filtre passe-bas (non représenté) avec une fré- quence limite inférieure à 20 Hz, il est possible de relever aussi le couple dynamique et sa variation. La sortie de l'amplificateur opérationnel non inver- seur 12', sur laquelle est branchée l'une des entrées de l'élément NOR 13, est reliée à un convertisseur fréquence-tension 15 qui délivre une tension proportionnelle à la vitesse de rotation, le filtre passe-bas TP2 16 prévu à la suite éliminant la fréquence des dents et les inévitables irrégularités du mouvement se produi- sant avec des arbres articulés dont les différentes parties sont inclinées l'une par rapport à l'autre au droit des joints. Le mul- tiplicateur 17 forme le produit du couple M et de la vitesse de rotation n et fournit par conséquent comme signal de sortie la puissance P. Les signaux délivrés par les capteurs 8, 8' sont désignés par U2 et U1 et les signaux de sortie des amplificateurs 12, 12' sont désignés par U' et U1' La figure 3 montre schématiquement la connexion des sorties des deux amplificateurs opérationnels 12 et 12' dans le comparateur. A l'impulsion positive de l'amplificateur non inverseur correspond une impulsion négative de l'amplificateur inverseur. Comme on peut le voir sur la partie supérieure de la figure 3, ces deux impulsions possèdent la même longueur mais sont décalées dans le temps, c'est-à-dire déphasées dans une mesure qui correspond au couple. -Etant donné que la sortie d'un élément NOR est seulement au niveau haut lorsque les deux entrées de l'élé- ment présentent le niveau bas, la largeur de l'impulsion de niveau - haut à la sortie de l'élément NOR correspond au déphasage et est une mesure directe de la grandeur du couple appliqué. R E V E N D I C A T I 0 N S 1 - Appareil pour mesurer et surveiller les valeurs momentanées du couple et de la vitesse de rotation et, éventuellement, de la puissance (transmise par l'arbre) obtenue par multiplication de ces deux valeurs, qui s'établissent dans une transmission par arbre articulé entre la prise de force d'un tracteur et une machine agricole portée ou tratnée, apparail comprenant un arbre de mesure sollicité en torsion, deux roues dentées corcordantes calées sur les extrémités de cet arbre, deux bouts d'arbre de raccordement faisant extérieurement suite aux roues dentées et montés en deux carters formant logement de palier, deux capteurs travaillant sans contact et conjugués chacun à une roue dentée et deux couvercles fermant les carters extérieurement, caractérisé en ce que: a) les capteurs (8, 8') sont installés sur les carters (4, 4'), b) les carters (4, 4') sont tenus axialement sur les bouts d'arbre de raccordement (2, 2') par des roulements (7, 7') ou d'autres paliers, c) les bouts d'arbre (2, 2'), faisant extérieurement suite aux roues dentées (5, 5'), ont un diamètre qui est à peu près le double du diamètre de la partie médiane formant l'arbre de mesure (6) pro- prement dit, d) les carters (4, 4') sont entourés d'un tube enveloppe souple (9) et e) les carters (4, 4') sont circonférentiellement reliés rigidement entre eux en rotation par au moins une bande flexible (10). 2 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque roue dentée (5, 5') présente à son pourtour un collet de montage (11) dirigé axialement vers l'intérieur pour la réception d'un palier d'appui (7, 7') supplémentaire. 3 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les capteurs (8, 8') sont des capteurs différentiels à magnéto- résistance. 4 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les capteurs (8, 8') sont des capteurs inductifs. - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'arbre de mesure est formé par l'arbre d'entraînement (18) faisant partie d'une machine en soi connue et en ce que les bouts d'arbre de raccordement (2, 2') sont réalisés comme des éléments creux qui présentent des moyens pour leur fixa- tion sur l'arbre d'entraînement (18). 6 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 A 3 et 5, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif électro- nique d'interprétation ou d'exploitation, branché à la sortie des capteurs (8, 8'), constitués par des capteurs différentiels à magnéto- résistance, qui est limité à deux amplificateurs opérationnels (12, 12') montés en comparateur, l'un étant inverseur et l'autre non inverseur, dont les sorties sont connectées à travers un élément NOR (13)à un premier filtre passe-bas (14) pour déterminer le couple et à un convertisseur fréquence-tension (15) prévu à la suite de l'ampli- ficateur opérationnel non inverseur (12') et lui-même suivi d'un second filtre passe-bas (16) pour déterminer la vitesse de rotation, ainsi qu'un multiplicateur (17) pour déterminer la puissance par établissement du produit du couple et de la vitesse.