Brevet FR2520476A1 — publié le 19830729

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour l'obtention de données relatives à la position dans un plan vertical d'une conduite souple, tel qu'un drain, en cours d'enfouissement dans le sol par un outil de travail, et/ou la position dudit outil de travail. Les dispositifs connus pour l'enfouissement d'une conduite souple au fond d'une tranchée présentent l'inconvénient de laisser une grande incertitude quant à la position, notamment instantanée, du drain en cours d'enfouissement et la position de l'outil relativement audit drain, et particulièrement les pentes instantanées du drain et de l'outil de travail du sol. En outre, les dispositifs connus ne permettent pas de régler avec précision, en fonction du terrain et du profil, la pression d'appui exercée sur l'outil par l'engin supportant ou tractant ce dernier. De plus, il n'est pas possible de connaître la trajectoire effectivement suivie par le drain et notamment sa pente On sait que cette dernière information est primordiale puisque l'efficacité d'un drain est largement liée au respect de pentes imposées et prévues. La présente invention remédie à ces inconvénients et concerne un procédé permettant d'obtenir par mesures et calculs les données nécessaires à la détermination des paramètres importants concernant les conditions d'avancement de l'outil et de pose d'une conduite souple au fond d'une tranchée Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention permet en outre d'agir sur lesdites conditions de déroulement du travail d'enfouissement afin que celles-ci se réalisent de la meilleure façon. A cette fin, selon l'invention, le procédé pour la déterminatif de la position dans un plan sensiblement vertical d'une conduite souple, tel qu'un drain, en cours d'enfouissement dans le sol au fond d'une tranchée par un outil de travail, est caractérisé en ce que l'on détecte en continu l'inclinaison d'au moins un élément palpeur lié à l'outil, ladite inclinaison étant représentative de la pente de l'incrément de tronçon de conduite souple venant d'gtre posé au fond de la tranchée. Selon une première application, on mesure en outre la longueur de conduite souple posée, on calcule en continu l'ordonnée y des incréments de tronçons de conduite successifs posés en fonction de l'abscisse x, et les différentes pentes successives desdits incréments. Dans une seconde application du procédé, on mesure en outre l'angle que fait l'outil de travail avec la direction de l'incrément de tronçon de conduite posé, on compare ledit angle avec un angle de référence donné en fonction du profil de l'outil et de la nature du sol, et on agit en fonction de cette différence sur la pression d'appui exercée sur l'outil de travail. Selon un troisième exemple d'application du procédé, on mesure en outre l'angle que fait l'outil avec la direction de l'incrément de tronçon de conduite souple posé, on calcule la valeur théorique de cet angle correspondant à la position optimale de l'outil, on compare la valeur calculée et la valeur mesurée de cet angle, la différence de ces deux valeurs permettant d'agir sur des moyens d'actionnement modifiant la position de l'outil. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, comportant un organe palpeur dont l'inclinaison est représentative de la pente de l'incrément de tronçon de conduite souple posée, et un organe de mesure de ladite inclinaison, tel qu'un inclinomètre. Dans un exemple de réalisation, le dispositif, particuliè- rement adapté à la mise en oeuvre de la première application du procédé, comporte en outre des moyens de calcul des ordonnées des incréments de tronçon de conduite posés en fonction de l'abscisse x, un organe de calcul des pentes instantanées desdits incréments associé à des moyens pour enregistrer et visualiser les données calculées et mesurées, lesdits moyens de calcul étant aptes à effectuer la correction nécessaire due à la sensibilité de l'inclinomètre à la pesanteur. Suivant un autre exemple de réalisation, pour la mise en oeuvre des seconde et troisième applications du procédé, le dispositif comporte en outre des moyens de mesure, tel qu'un détecteur de proximité associé à l'organe palpeur, de l'angle que fait l'outil de travail avec ledit palpeur. Plus spécialement, pour la mise en oeuvre de la seconde application, le dispositif comporte en outre des moyens de calcul permettant de comparer la valeur de l'angle mesuré avec une valeur de référence donnée en fonction du profil de l'outil et de la nature du sol, et des moyens d'actionnement aptes à modifier la pression d'appui exercée sur ledit outil en fonction de la différence entre la valeur mesurée et la valeur de référence Avantageusement, l'organe palpeur est constitué d'un bras articulé sensiblement en son milieu à l'extrémité arrière de l'outil, la partie arrière du bras dépassant de l'outil d'une longueur représentant l'incrément du tronçon de conduite venant d'être posé, tandis que la partie avant du bras est associée audit inclinomètre. Afin d'obliger constamment l'organe palpeur à suivre le tronçon de tranchée juste ouverte, le dispositif comporte un organe de rappel, tel qu'un ressort. Les figures annexées feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 montre schématiquement de côté le dispositif selon l'invention appliqué à l'enfouissement d'un drain à l'aide d'un outil de travail tracté par un engin roulant sur le sol. La figure 2 est une vue schématique de côté montrant les inclinaisons relatives du drain et de l'outil en cours de travail. La figure 3 est une vue agrandie schématique de l'extrémité arrière de l'outil muni d'un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention. La figure 4 est une vue en coupe transversale schématique et partielle, selon la ligne IV-IV de la figure 5, montrant un mode de réalisation du dispositif selon l'invention agencé dans un outil de travail. La figure 5 est une vue en coupe longitudinale schématique et partielle selon la ligne V-V de la figure 4. Les figures 6, 7 et 8 sont des schémas synoptiques de fonctionnement des moyens de mesure et de calcul associés aux moyens de mesure. La figure 9 est un schéma théorique montrant les liaisons angulaires entre les différentes accélérations auxquelles est soumis l'inclinomètre. La figure 1 montre un exemple d'application du dispositif à l'enfouissement d'un drain 1 à l'aide d'un outil de travail 2 supporté et tracté par un engin 3 roulant sur le sol 4. L'outil 2 est constitué d'une dent apte à creuser une tranchée dans le sol et comporte des moyens de guidage 5 du drain 1 afin que ce dernier soit enfoui au fond de la tranchée ouverte La dent 2 est articulée sur un bâti 6 et est apte à pivoter grâce à l'action d'un vérin 7 Le bâti 6 peut lui-même pivoter autour d'un axe lié audit engin 3 grâce à un vérin 8 Le réglage des deux vérins 7 et 8 permet d'ajuster la position de la dent 2 et la pression d'appui exercée par l'engin 3 sur la dent 2. Sur la figure 1, pour des raisons de commodité, le bâti 6, la dent 2 et les vérins 7,8 sont représentés agrandis par rapport à l'engin 3. Sur la figure 2, on a représenté un système d'axes fixes 0, x, y dans lequel la dent trancheuse 2 se déplace en trans- lation parallèlement à elle-même le long de l'axe Ox vers la droite de la figure La dent 2, au fur et à mesure de son avancement, enfouit un drain souple 1 qui se déroule à la partie arrière de la dent, et débouche de celle-ci parallèlement au fond de la tranchée ouverte. Le tronçon de drain enfoui 1 fait un anglea avec l'horizontale T,x' (parallèle à 0,x) La base de la dent elle-même fait un angle e avec la direction du tronçon de drain enfoui 1. La mesure de ces angles a et 6 peut être effectuée par le dispositif selon l'invention à l'aide (voir la figure 3) respectivement d'un inclinomètre 9 et d'un détecteur de proximité 11, tous deux associés à un organe palpeur 10 Ce dernier est apte à pivoter autour d'un axe 12 transversal à l'avance de la dent 2 et disposé à l'extrémité arrière de celle-ci La partie avant 13 de l'organe palpeur 10 supporte l'inclinomètre 9, tandis-que sa partie arrière 14 dépasse de l'arrière de la dent 2 et repose sur le fond de la tranchée ouverte par l'outil, tout en supportant le tronçon de drain 1 dépassant dudit outil 2 Un ressort de rappel , solidaire par ses extrémités de la dent 2 et de l'extrémité de la partie avant 13 de l'organe palpeur 10, maintient, par effet de levier, la partie arrière 14 plaquée contre le fond de la tranchée Ainsi, l'inclinaison de l'incrément du tronçon de drain venant d'être posé est représenté par l'inclinaison de l'organe palpeur 10 Par suite, toute variation de pente du fond de la tranchée et donc du tronçon de drain 1, se traduit par une rotation de l'organe palpeur autour de son axe 12, dont l'amplitude est mesurée par l'inclinomètre 9 On peut alors connaître la valeur de l'angle a que fait l'incrément de tronçon de drain posé 1 avec l'horizontale, c'est-à-dire la pente de ce dernier. De même, l'inclinaison relative, représentée par l'angle de l'organe palpeur 10 (c'est-à-dire du drain posé 1) et de la dent 2 est mesurée grâce au détecteur de proximité 11 (lié à la dent 2 selon l'exemple de réalisation montré sur la figure 3) L'extrémité de-la partie avant 13 de l'organe palpeur 10 s'en écarte ou s'en approche selon les va Via- tions angulaires relatives de la dent 1 et de l'organe palpeur 10. Sur les figures 4 et 5, on a représenté un mode de réalisa- tion du dispositif montrant ce dernier disposé dans l'embase 16 en forme de V de la dent 2 Le détecteur de proximité 11, en forme de cylindre, est disposé sous la partie avant 13 de l'organe palpeur 10 Cette variante (figure 4) selon laquelle le détecteur Il est solidaire de l'organe palpeur est préférée à celle o ce même détecteur est solidaire de la dent 2 (figure 3) L'ensemble formé par l'inclinomètre 9, le détecteur de proximité 11 et la partie avant 13 de l'organe palpeur 10 pivote autour de l'axe 12 à l'intérieur d'une enveloppe 10 '. Les organes montrés dans ce mode de réalisation exercent les mêmes fonctions que ceux décrits dans les figures 2 et 3. Le procédé selon l'invention et le dispositif pour sa mise en oeuvre, dont on vient de décrire des exemples de réalisation, comportent plusieurs applications dont trois sont mentionnées ci-après. Une première application du procédé selon l'invention réside dans la possibilité de connaître et d'enregistrer l'ordonnée y instantanée du drain posé en fonction de l'abscisse x Cette information est particulièrement intéressante puisqu'elle permet de vérifier si la pente instantanée du drain posé est conforme à celle prévue, et surtout de détecter les éventuelles contre- pentes dudit drain, néfastes à son bon fonctionnement 1 On peut à cette fin utiliser directement l'information donnée par l'inclinomètre 9 Les différentes valeurs de la pente mesurées représentent les pentes successives des incréments de tronçon de drain posé. On dispose ainsi d'une succession de valeurs de pentes pour chaque incrément de longueur de drain posé A chaque ins- tant, la pente a est égale à la dérivée dy, de sorte que, dx par intégration sur un parcours de longueur x (mesurée par exemple par une roulettre 17 déterminant la longueur de drain dévidée) on peut obtenir l'ordonnée y par l'intégrale y = x a dx, et donc la pente égale à X x On peut ainsi connaître, la pente instantanée du drain posé correspondant à l'incrément de tronçon posé Les abscisses x et les ordonnées y du drain 1 peuvent être enregistrées, ainsi que les pentes successives du drain posé. Cette méthode de calcul de la pente des tronçons de drain posé, pour une longueur donnée, est satisfaisante Cependant, l'utilisation d'un inclinomètre, pour mesurer l'angle (c'est-à-dire la pente), fait apparaître une légère différence entre l'angle O mesuré et l'angle réel a En effet, l'inclinomètre 9 n'est sensible qu'aux accélérations et ceci indépendamment de la nature de ces accélérations La valeur mesurée O, subit donc l'influence de l'accélération de la pesanteur A, et représente> en fait l'angle que fait l'accélération totale y= g x avec le drain (x étant. l'accélération propre du dispositif dans le repère fixe x Oy) Soit tg( O a)= -x en supposant que a est petit. g Du fait de la valeur faible des angles, on peut réaliser l'approximation: tg( 8 a) tg O -tg a, on obtient e i X alors a= a + Arctg et en supposant Arctg, on g g g aboutit à la valeur suivante: a = O + x (formule 1). g Or, on sait que, par définition de la pente dy = a dx On peut donc écrire que y =oft,xdt (formule 2) o x est o la dérivée première de x par rapport au temps Ainsi, la connaissance d'une part de x, longueur de drain posé, et de O, suffit pour déterminer l'ordonnée y du drain qui vaut donc, en combinant les formules ( 1) et ( 21, y = o t O x dt + K 2 (formule 3) o k est un 2 g coefficient introduit pour tenir compte de l'approximation x =Arctg x L'angle O est donné par l'inclinomètre 9, g g l'abscisse x par l'organe 17; on peut par la formule 3 calculer l'ordonnée y et de là, la pente du drain. La figure 6 est un schéma synoptique montrant le traitement des données mesurées et calculées suivant la première application décrit ci-dessus, en tenant compte de la correction due à l'accélération de la pesanteur g. L'inclinomètre 9 donne la valeur de l'angle a mesuré qui est injectée dans un multiplicateur 18 dont l'autre entrée reçoit la valeur de la dérivée x de x obtenue par le dérivateur 19 à partir de la valeur x donnée par la roulette 17 Un intégrateur 20 est branché sur la première entrée d'un additionneur 21 dont la seconde entrée reçoit la valeur de x 2 provenant d'un multiplicateur 22 La sortie de l'additionneur 21 donne la valeur de y (d'après la formule 3) Le générateur de constante 23 introduit la valeur de K dans l'additionneur 2 g 21. Les valeurs de y et de x sont enregistrées et visualisées par 1 'organe 24 qui comporte un diviseur apte à calculer les pentes y des tronçons de drain. x Une seconde application du procédé-selon l'invention est l'automatisation du réglage de la pression d'appui appliquée sur la dent 2 par l'engin 3 tractant et supportant cette dernière En effet, pour stabiliser la dent dans le sol on reporte généralement une partie du poids de l'engin tracteur et porteur 3 sur l'outil de travail Cette pression d'appui doit être réglée en fonction notamment de la nature du terrain et du profil de l'outil Pour un terrain et un outil donnés, il existe donc des inclinaisons optimales respectivement de la pente du drain et de l'outil de travail par rapport à l'horizontale, et plus particulièrement, la différence entre ces deux angles correspond à une valeur constante SO Or, cette différence est justement égale, par définition, à l'angles Ainsi, la comparaison de l'angle e mesuré à chaque instant par le détecteur de proximité 11, et de la constante la force d'appui exercée par l'engin sur l'outil de travail. La-différence entre la constante SO et la mesure S sera utilisée pour actionner des organes, tels que des électro- vannes, aptes à agir sur le circuit hydraulique relié au vérin 8 (figure 1) afin de réduire ou d'augmenter ladite pression d'appui de l'engin sur l'outil. On a représenté sur la figure 7 un schéma synoptique correspon- dant à la seconde application et montrant le détecteur de proximité 11 et le générateur de constante 25 donnant respectivement les valeur de S et SO introduites ensuite dans un générateur de commande 26 engendrant un signal I fonction de la différence ( e O) La sortie dudit générateur 26 est reliée (par deux diodes 27 et 28 en position inversée l'une par rapport à l'autre), à des organes 29 et 30 tels que des limiteurs de pression hydraulique reliés au circuit hydraulique commandant le vérin 8 En fonction de la valeur de la différence entre f (valeur mesurée) et S (valeur imposée), le vérin 8 est actionné dans un sens ou dans l'autre, modifiant la face d'appui de l'engin sur l'outil de travail. Une troisième application du dispositif est le guidage de l'outil de travail sur le sol Le principe de ce type d'outil veut que le talon passe dans le sillage de la pointe M placée en avant de l'outil Ainsi, le guidage de la pointe de l'outil permet d'assurer le guidage du talon. Il est donc du plus grand intérêt pour ce réglage de connaître la position de cette pointe M et notamment son ordonnée Y. Soit 1 la longueur séparant le talon (montré par T sur la figure 1) et la pointe M L'ordonnée théorique Y O que l'on voudrait donner à la pointe M, est YO = YO + 1 a O o y O et a O sont les valeurs de référence respectivement de l'ordonnée de T (donc du drain à la sortie de l'outil) et de la pente du drain posé 1 La valeur réelle Y de l'ordonnée de M est en fait Y = y + 1 ( a+), o y est l'ordonnée réelle de O (donc du drain à la sortie de l'outil) Or, l'on désire obtenir Y = Y O; cette égalité n'est possible que pour un angle e égal à une valeur de référence o; on obtient alors = 1 (yt y) + (a a Ainsi, la connaissance d'une part de l'ordonnée y instantanée du tronçon de drain posé, et donc la position du talon de la dent, et d'autre part, de la pente instantanée du tronçon de drain posé, permet de déterminer la valeur O de référence. En prenant pour valeur approximative de a la valeur O mesurée par l'inclinomètre 9, et en combinant avec la formule 3 citée plus haut permettant de calculer y après correction due à l'influence de la pesanteur sur l'inclinomètre, on obtient, (f ermule 4) 1 r o g, 1, a O et K sont donnés, et e et x mesurés. En fait, la valeur mesurée $ doit être pondérée par une valeur de consigne ec tenant compte de la géométrie de la dent Cette valeur ec peut être différente de la valeur de référence donnée dans la description de la seconde application. En comparant ( e + c) et SO (calculé par la formule 4), on peut ajuster la position instantanée de la pointe M avec une bonne précision. Cette troisième application du procédé permet, de façon indirecte, de comparer la pente instantanée de tronçons de drain posés à la pente de référence imposé dudit tronçon. Le schéma synoptique de la figure 8 montre le traitement et le calcul des données selon l'exemple décrit précédemment correspondant à la troisième application du procédé. La valeur e mesurée par l'inclinaison 9 et la valeur "O de référence donnée par le générateur de constante 31 sont introduites dans le différenciateur 32 dont la sortie est reliée au multiplicateur 33 recevant sur son autre entrée la valeur x provenant du dérivateur 34 La valeur ( a O) x est ensuite introduite dans l'intégrateur 35 dont la sortie est reliée au différenciateur 36 Ce dernier reçoit ensuite les valeurs de K et x 2 provenant respectivement 2 g du générateur de constante 37 et du multiplicateur 38 Un multiplicateur 39 reçoit les valeurs ao e,-(issu du générateur de constante 40) et Yt y et calcule la valeur BO obtenueainsi par la formule 4 Le comparateur de commande 42 reçoit les valeurs e,' (venant du détecteur de proximité 11) et ec (issu du générateur de constante 43). Le signal de sortie du comparateur 42 est introduit dans une servovalve 44 à action proportionnelle reliée au circuit hydraulique de pression de l'engin Selon la valeur relative B + c O, le liquide hydraulique est injecté dans l'une ou l'autre des chambres du vérin 7, apte à commander l'orientation de la dent par rapport au bâti. On a représenté sur la figure 9, les liaisons angulaires entre les différentes forces auxquelles est soumis l'inclinomètre Le repère x Oy est fixe et lié au sol, tandis que le repère x'O'y' est lié audit inclinomètre. L'angle a est l'angle que font l'axe O'x' et l'horizontale (parallèle à Ox) L'angle 8 mesuré représente en fait l'angle entre l'accélération totale avec la verticale du repère lié au drain, c'est-à-dire O'y' _> Ye est la force d'entraînement dans le repère x'O'y' et x 3 l'accélération de l'engin suivant l'axe Ox du repère fixe x Oy Par définition, y = g + Y e' or = -x,' - -> - Ye = x, d'o y g, x On obtient ainsi e tg ( a) Y = x, et selon les -e g calculs effectuésgprêcédemment, on aboutit à a = O + x et à la formule 3 donnant la valeur de l'ordonnée y du g drain. REVENDICATIONS 1 Procédé pour la détermination de la position dans un plan sensiblement vertical d'une conduite souple, tel qu'un drain, en cours d'enfouissement dans le sol au fond d'une tranchée par un outil de travail, caractérisé en ce que l'on détecte en continu l'inclinaison d'au moins un élément palpeur ( 10) Lié à l'outil ( 2), ladite inclinaison étant représentative de la pente de l'incrément de tronçon de conduite souple ( 1) venant d'être posé au fond de la tranchée. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on mesure en outre la longueur de conduite souple posée, en ce que l'on calcule en continu l'ordonnée y des incréments de tronçons de conduite successifs posés en fonction de l'abscisse x desdits incréments et les différentes pentes I successives des incréments de tronçons x de conduite. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on mesure en outre l'angle $ que fait l'outil de travail ( 2) avec la direction de l'incrément de tronçon de conduite posée ( 1), en ce que l'on compare ledit angle avec un angle de référence donné O en fonction du profil de l'outil ( 2) et de la nature du sol, et en ce que l'on agit en fonction de cette différence sur la pres- sion d'appui exercée sur l'outil de travail ( 2). 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on mesure en outre l'angle $ que fait l'outil ( 2) avec la direction de l'incrément de tronçon de conduite souple posée ( 1), en ce que l'on calcule la valeur théorique de cet angle Ad correspondant à la position optimale de l'outil, en ce que l'on compare la valeur calculée S et la valeur mesurée $ de cet angle, la o différence de ces deux valeurs permettant d'agir sur des moyens d'actionnement ( 44,7) modifiant la position de l'outil ( 2). 5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un organe palpeur ( 10) dont l'inclinaison est représentative de la pente de l'incrément de tronçon de conduite souple posée ( 1), et un organe de mesure de ladite inclinaison, tel qu'un inclinomètre ( 9). 6 -Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de calcul ( 18,19,20,21,22,23) des ordonnées des incréments de tronçon de conduite posés ( 1) en fonction de l'abscisse x, un organe de calcul des pentes instantanées desdits incréments associé à des moyens ( 24) pour enregistrer et visualiser les données calculées et mesurées, lesdits moyens de calcul étant aptes à effectuer la correction nécessaire due à la sensibilité de Ilinclinomètre ( 9) à la pesanteur. 7. Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de mesure, tel qu'un détecteur de proximité ( 11) associé à l'organe palpeur ( 10), aptes à mesurer l'angle e que fait l'outil de travail ( 2) avec ledit palpeur. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de calcul ( 26) permettant de comparer la valeur de l'angle mesurée avec une valeur de référence donnée en fonction du profil de l'outil et de la naturd du sol, et des moyens d'actionnement ( 8,29 et 30) aptes à modifier la pression d'appui exercée sur ledit outil ( 2) en fonction de la différence entre la valeur mesurée S et la valeur de référence 9. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que l'organe palpeur ( 10) est constitué d'un bras ( 10) articulé sensiblement en son milieu à l'extrémité arrière de l'outil ( 2) , la partie arrière ( 14) du bras ( 10) dépassant de l'outil d'une longueur représentant l'incrément du tronçon de conduite venant d'être posé, tandis que la partie avant ( 13) du bras ( 10) est associée audit inclinomètre ( 9). 1 O. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte un organe de rappel ( 15), tel qu'un ressort, permettant d'obliger constamment l'organe palpeur ( 10) à suivre le tronçon du fond de la tranchée venant d'être ouverte.