Brevet FR2627662A1 — publié le 19890901

La présente invention concerne les machines d'irrigation à mouvement de translatior, équipées d'un flexible s'enroulant sur une bobine pendant ltarroeage. Avant la ise en eau le flexible est déroulé dans la parcelle dans le sens de la longueur sous l'actior. d'un tracteur qui tire l'extrémité du flexible. Celle-ci est raccordée à un chariot porteur du dispositif d'arrosage tel un canon ou une rampe munie de buses ou d'arroseurs. Pendant la phase active d'arrosage la machine enroule son flexible sur sa bobine, le tire vers elle et fait revenir régulièrement vers elle le chariot épandeur d'eau. Ainsi pro -gressivenent une bande va être irriguée ont la longueur est supérieure ou égale à la longueur de flexible déroulé initialement et dont la largeur ccrresponi à l'envergure efficace du dispositif d'arrosage du chariot. L'agriculteur utIlise de telles machines dans le but d'apporter une dense d'eau constante en tout pcint e la zone arrosée, corespondant aux besoins de la culture. Les machines existantes sont équipées de systèmes de règlage ou de régulation essayant de maintenir constante la vitesse d'avancement du chariot ou du flexible. Comme le flexible est enroulé en plusieurs couches sur la bobine et du fait que les moyens d'entrainement agissent directement sur la bobine en l'entrainant en rotation, les dispositifs de pilotage essaient de maintenir couche par couche une vitesse de rotation constante, inversement proportionnelle au diamètre de la couche. Les systèmes à réglages agissent en boucle ouverte, une première intervention au démarrage réglant la motorisation pour la première cou -che puis un palpeur de couche agissant en complément pour réduire la vitesse de rotation et compenser l'effet de couches. Par exemple, la bobine est entrainée par une turbine fortement réductée et alimentée par l'eau d'irrigation : le dispositif de règlage agit sur une vanne placée sur un by-pass courcircuitant partiellement la turbine, en augmentant l'ouverture et donc en diminuant l'alimentation de la turbine au fur et à mesure que le nombre de couches augmente. Il existe également des systèmes sophlstaquéE de régulation, à régulateur centrifuge ou électronique. Les régulateurs centrifuges entièrement hydrauliques dérivés des machines à vapeur, avec des plages variables par couche ont disparus car trop compliqués. Ce type de régulation n'intègre pas l'ensemble des écarts et 1 vitesse moyenne résultante peut-être légèrement différente de la vitesse souhaitée. Les systèmes électroniques détetectent des pas angulaires sur la bobine ou linéaires sur le flexible. Le système d'entraînement est alimenté à grande vitesse pour parcourir un pas, puis est arrêté. Une base de temps cyclique, constante pour les pas linéaires de flexible et variable avec le diamètre de couche pour les pas angulaires de bobine, commande chaque redémarrage du système d'entrainement.Ces derniers systèmes permettent, malgré l'entraînement saccadé ou pulsé, d'obtenir une vitesse moyenne ccnstante. La présente invention propose un ensemble de moyens et de dispositifs non seulement capables d'assurer une vitesse de translatIon du chariot précise mais encore de faire évoluer cette vitesse en tenant compte des variations de débit de toutes origines de façon à maintenir la dose d'eau à la valeur demandée par l'agriculteur. Avant la présente invention l'agriculteur, à l'aide d'un tableau à double entrée (dose ou pluviométrie sur une entrée, débit ou pression sur une autre entrée) évaluait la vitesse optimale de translation du chariot, et positionnait les index de règlages en conséquence. Le débit réel étant mal connu, la dose réelle obtenue, meme avec les machines à régulation précise, s'écarte assez fortement de la valeur souhaitée et de façon plus ou moins régulière au cours d'un cycle complet d'enroulement. Dans la présente invention le débit est connu avec précision et les moyens mis en oeuvre dans l'invention agissent sur la vitesse et le déplacement du chariot pour maintenir une dose d'eau répandue, ou pluviométrie, à la valeur choisie. xes variations de débit dans une machine d'irrigation è bobine et å translation de chariot porte-arroseur sont dues - aux caractéristiques hydraulique du réseau d'alimentation, de la station de pompage, des prélèvements effectués par d'autres utilisateurs du réseau. - aux caractéristiques-hydrauliques de la machine, de son flexible, du dispositif d'arrosage, du dispositif d'entraînement. Les variations dues au réseau peuvent atteindre 20 % du débit, les variations dues à la machine jusqu'à 10 % danscertains cas. Certains dispositIfs d'entrainement à turbine créent des pertes de charge variables avec l'effort demandé, donc selon la longueur déroulée, par exemple 2 barspour un flexible entièrement déroulé sur un sol collant, se réduisant G 0,2 bar vers la fin de l'enroulement. De plus, systéma -tiquemert, d: fat de l'effet de coudre ou de changement de direction les perte de charges dans le flexible enroulé sont supérieures à celles dans le flexible déroulé1environ 20 f: d'écart. Une caractéristique essentielle du système de pilotage selon l'inventer: est la connaissance du débit instantané ou moyen sur une ccurte période de temps, soit directement en plaçant un débit-mètre sur un troçon de tuyauterie peu perturbé hydrauliquement, selon les recommandations des normes, soit, inairectement, en plaçant un manomètre à l'entrée de la bobine et en calculant le débit dans un calculateur associé programmé pour calculer le débit à partir de la pression et des lois de pertes- de charge dans le flexible et dans le système d'arrosage du chariot. Une autre caractéristigue des systèmes de pilotage selon l'invention est la mesura continue de la longueur déroulée du flexible. Dans une réalisation typique selon l'invention la longueur déroulée est mesurée par un compteur-décompteur d'impulsions délivrées par des en situés -coches ou des picots/sur la bobine pendant le déroulement et i'er.rou,eceLt du flexible.Les oaractéristiqtes géométriques de la bobine (largeur et diamètre du tambour d'enroulement) et du flexible (longueur et diamètre: sont connues et introduites dans ur. calculateur qui détermine la relation biunivoque entre le nombre d'impulsion et la longueur déroulée du flexible; le pas de longueur entre 2 impulsions consécutives étant de l'ordre de 4 à 5 cm, variable avec la couche en enroulement ou déroulement, la longueur est connue avec une bonne précision, la longueur totale étant de l'ordre de 25C à 600 m. La connaissance précise et continue de la longueur déroulée et la facilité de programmation du calculateur permettent des séquences de pilotage du dosage et du fonctionnement de la machine, en fonction de la longueur déroulée - en début d'enrculemnt, pour des chariots à canon d'aspersion, le choix d'une vitesse très lente sur une distance limitée et calculée permet de compenser les effets de translation sur le dosage ; voir sur la figure 1, la courbe a, sans compensation et sur la courbe b, avec compensation. - en cours d'enroulement de changer la dose lors du passage d'une culture à une autre, d'un type de sol à l'autre etc... courbe c - en fin d'enroulement, à partir d'une distance calculée, pour un canon de ralentir la vitesse et de compenser en partie les effets de translation ; voir sur la figure 1, courbe d sans compensation courbe e avec compensation. - vers la fin du déroulement de délivrer un bip radio reçu par le tractoriste, parfois à près de 600 m de la machine, pour arrêter de dérouler le flexible. La description suivante de modes de réalisation de dispositifs de pilotage du dosage de l'eau délivrée par une machine d'irrigation à translation; donnée à titre d'exemple non limitatif, permet de préciser les CaractériStiQues de l'in'ention et les moyens mie en oeuvre pour réaliser des dispositifs selon I'invertion. Les figures 1 à 9 des planches 1/ à 5/5 servent de supportes à la description ou - la figure 1 est une vue schématique de l'irrigation par machine à translation - la figure 2 est une coupe de principe de machine à bobine sur chassis fixe - la figure 3 est une coupe de principe de machine à bobine sur chassis à tourelle - les figures 4 et 5 sont des vuas de chariots portant respecti -vement un canon d'arrosage et ure ramFe d'arrosage - la figure 6 est une vue de coti d'un dispositif d'entrainement et de pilotage selon l'invertion - la figure 7 est ure vue de face du dispositif de la figure 6 - la figure 8 est une vue détaillée d'un capteur d'impulsions - la figure 9 est une vue détaillée d'un by-pass avec sa vanne hydraulique et son système de pilotage. Une machine d'irrigation à mouvement de translation, comprend une bobine 1 tournant autour d'un axe creux 2 supporté par les paliers 3 simple et 4 à joint tournant. L'eau d'arrosage entre par le palier 4 dans l'arbre 2, puis est dirigée vers le tambour cylindri -que 5 pour alimenter le flexible 6, le plus souvent réalisé en pclyethyiène extrudé. Les paliers 3 et 4 reposent sur des montants liées à un chassis 7 ou par l'intermédiaire d'une tourelle 8, à axe vertical reposant sur le chassis 7. L'autre extrémi é du flexible t est reliée à un chariot 9 porteur d'un dispositif répartiteur à canon 1 C ou à rampe 11. Pour dérouler le flexible 6 un tracteur tire sur le chariot 9. Pour enrouler le flexible la machine utilise l'énergie de l'eau d 'irri- -eation qui passe en partie dans une turbine. 12 et en partie dans un by-pass 13 muni d'une vanne 14 pilotée. Le mouvement de rotation rapide de la turbine 12 est démultiplié dans un réducteur 15, avec ou sans rapport variable de démultiplication. La sortie à vitesse très lente du réducteur 15 entraine une chaîne 16 par l'intermédiaire d'un pignon 17, la dite chaine entrainant le tambour 5 de la bobine 1. La vitesse de rota -tion de la turbine est de l'ordre de quelques centaines de tour par minute (pratiquement de 500 à 2000 t/mn); elle est détectée par un tacky- mètre 18. La vitesse de rotation de la bobine étant de quelques tours par heure le rapport global de réduction est très grand.La bobine porte sur un disque ou une couronne cylindrique une série d'encoches ou de picots 19 à écartement régulier et constant de l'ordre de quelques centimètres, par exemple 4 cm sur un modèle réalisé selon l'invention. Un détecteur d'impuls -ions détecte le passage des encoches ou picota 19, soit directement, tel un capteur de proximité soit indirectement tel que le capteur 20 qui détecte les oscillations d'une clavette 21 autour de 2 positions types, l'une en cours de déroulement, l'autre en cours d'enroulement, qui s' oppose toujours au mouvement inverse. Cette clavette 21 sans le détecteur 20 est souvent indispensable lors d'ure arret éventuel du dispositif d'entrainement de la bobine. Le détecteur 20 est relié électriquement à un calculateur 23 comprenant un compteur-décompteur d'impulsions.Dans le mode de réalisation présenté sur les figures 6 et 8, le détecteur å 2 contacts différents, l'un étant affecté au comptage avec la clavette selon 22, l'autre au décomptage avec la clavette selon 21. Dans une variante de réalisatIon le détecteur 20 comprend une roulette qui roule sur la couronne et tombe dans une encoche à chaque pas et délivre une impulsion au calculateu 23. Pour différentier le sens de rotation en enroulement ou en déroulement cn utilise un détecteur de la position de la clavette 22 ou/et ur. détecteur de présence de pression 25 à l'entrée de bobine la présence de pression étant liée à l'enroulement. Le système de pilotage du dosage de l'eau d'irrigation comprend un dispositif de détermination du débit instantané ou moyen sur une courte période. Dans un mode de réalisation le moyen utilisé est un débit-mètre 24 qui envoie sa mesure au calculateur 23. Dans Ü autre mode-de-réalisa- -tion, le débit-mètre 24 est remplacé par un manomètre 25, lequel envoie sa mesure au calculateur 23.Ce dernier a reçu en mémoire, par programma -tlon les paramètres géométriques de la machine, les caractéristiques du busage du dispositif d'arrosage du chariot et les différentes lois de pertes de charge, afin de calculer le débit à partir de la mesure de la pression. Dans une réaiisation la loi expérimentale retenue est 2 P = 4 # 4 + Q 1,75 #F-4,75 (0,5 LT - 0,1 LD) a4 # 4 B ou P est la pression en bar Q le débit en m3/h le diamètre de la buse du canon en mm a un coefficient de forme de la buse, par exemple a = 3,45 pour un canon donné le le diamètre du flexible en mm 1T la longueur totale du flexible en m LD la longueur dérouléedu flexible en n Un algorithme programmé permet le calcul de Q à partir de P. Le dosage demandé par l'agriculteur ayant été introduit dans le calculateur au moyen du clavier ou du pupitre de commande, le calculateur connaissant le débit et la largeur de la bande arrosée, calcule la vitesse de translatif du chariot, l'affiche à la demande ainsi que le temps prévisible pour finir l'enroulement, à débat suppoeé constant pour cette préîsîon. Le calculateur cornait le nombre d'impusions donc la longueur déroulée et le diamètre de la couche d'enroulement. Il calcule alors le temps devant séparer deux impulsions consécutives et la vitesse idéale de la turbine 12 pour parcourir. un pas pendant le temps calculé N = 60 R T en tour/minute ou R est le nombre de touts nécessaire à la turbine pour entrainer la bobine d'un écart angulaire égal à un pas, et o; T est exprimé en secor.de. Ur. avantage du calculateur est qu'il tient compte des écarts précédents entre les temps calculés et les temps réellement mis pour parcourir un pas. Les écarts sont intégrés dans chaque nouveau temps calculé, de sorte que le calculateur construit la loi-position du chariot-temps. La vitesse idéale calculée N pour la turbine 12 est donnée à un sous-ensemble de pilotage de la vanne 14 du by-pass 13. Le sousensemble a sa partie traitement de l'information intégrée au calcula -teur 23. Il a en mémoire les vitesses limites de bon fonctionnement VS maxi et Vm mini et l'écart ÀN de régulation de la vitesse N de la turbine 12. La vitesse NR réelle de la turbine est détectée par un tachymètre 18 et envoyée au calculateur 23.La vitesse NR doit rester dans l'intervalle (N - AN , N + - si NR ( N - ÂN, le pilotage va agir en fermant le by-pass - si NR a N + ÂN, le pilotage va agir en ouvrant le by-pass La figure 9 propose un mcde de réalisation du by-pass vartable comprenant une vanne 14 à papillon 26 tournant autour d'un axe 27 entraîné par un bras 28 poussé par la tige 29 d'un vérin hydraulique 30 constitue' d'une carrez de poussée 31 en d'ur. ressort de rappel 32. Un piquage 33 sur l'amont du by-pass 14 prélève de l'eau sous-presson qui peut être introduite dan la chambre 31 du vérin 3C en ouvrant la min- électrovanne 34 et assure l1ertrainement du papillon dans un sens. A l'inverse la commande de la mini électrovanne 35 permet de vidanger la chambre du vérin et assure ltentrainement du papillon dans l'autre sens sous l'action du ressort de rappel 32. Dans un mode préferrentiel de réalisation d'un dispositif. selon l'invention les minis électrovannes sont à impulsion de courant afin un de réduire la consommation d'énergie électrique fournie pareaccumula- -teur 37. Des durées de fenctionnement de plusieurs mois ont ainsi été obtenues au banc d'essaIs. Il est évident pour l'homme de l'art de mettre en oeuvre des moyens spécifiques selor l'invention dans des modes de réalisation utilisant des composants de même type tels que - vanne hydraulique classique au lieu et place de 1 vanne papillon à pilotage par vérin hydraulique. - électrovannes classiques, au lieu des électrovannes à impulsion de courant. - génératrice tachymétrique au lieu et place du tachymètre ou compte-tour. - électrovanne principale en by-pass, sans assistance hydraulique - générateur d'impulsion placé sur un autre endroit de. l'appareii sur un étage de la chaine cinématique ou sur une transmission liée au mouvement de la bobine - débitmètre remplacé par un compteur volumétrique délivrant des impulsions à chaque passage d'une même qualité d'eau, (litre, décalitre, hectolitre ou mètre cube), la durée entre chaque impulsion étant directement liée au débit par une fonction inversement proportionnelle. - générateur d'impuisions constitue: d'un galet lié à la machine appuyé sur le flexible en sotie de la machine et entraîné en rotation par le flexible. A chaque tour, où à chaque fraction de tour, une impulsion de longueur est envoyée au calculeteur dlsposit d'entraînement de la bobine par vérin au lieu du dispositif à turbine, où chaque coup du vérin correspondant à une impulsion détectée sur la bobine, est donné selon les intervalles de temps calculés par le calculateur 23 en fonction de la dose et du débit. Le système d'entraînement à vérin est très utilisé dans les machines d'irrigation. Il est égalemnt évident du fait des caractéristiques spécifiques de I'ivention, de piloter la machine d'irrigation selon des critères différentes en utilisant les mêmes moyens, par exemple arrêter la machine si la pression d'alimentation est trop faible pour un débit tel que le fonctionnement de la machine et du système d'irrigation su le traîneau, soit défectueux, arrêter la machine, en fin d'enroulement, - introduire dans le calculateur l'heure souhaitée d'arrivée en fin d'enroulement, le calculateur pour le débit moyen connu calcule la dose correspondante/affiche sa valeur. Si celle-ci convient l'utili -sateur valide l'information et la machine est pilotée pour assurer cette dose. - introduire dans le calculateur différentes séquences liées à la distance parcourue, autres-que des valeurs de dose telles que départ et arrivée à vitesse très lente, secteurs à vitesse rapide maxi (entre 2 parcelles à irriguer) arrêts pendant des durées dé -terminées à des positions déterminées.... R E V E N D I C A T I O N S 1) Dispositif de dosage automatiqu-- de l'eau d'irrigation répandue par une machine d'irrigation à mouvement de translation équipée d'un flexible 6 s'enroulant sur une bobine 1 caractérisé en ce qu'il combine un moyen de mesure de débit, un moyen de mesure de la longueur déroulée du flexible, un moyen de calcul numérique Z3 dans lequel sont introduites les caractéristiques géométri ques et hydrauliques de la machine, du flexible et du dispositif de répandage dits de l'eau, le dit calculateur, recevant les informSt-or.s des/moyens de mesure, utt OU agissant sur/des moyens de pilotage du système d'entrainement de la bobine de la machine 2) Disposition de dosage automatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de mesure du débit est un débitmètre 24. 3) Dispositif de dosage automatique selon 1 revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de mesure du débit est un manomètre 25 dont la mesure est transformée par un algorithme du calculteu 23, en débit. 4) Dispositif de dosage automatique selon ltune quelconque des revendica tiors 1 à 3 caractérisé en ce que le système d'entrainement est une turbine hydraulique 12 dont le pilotage sé fait en ajustant la vitesse de rotation détectée par un tach.ymètre 18, à la valeur définie par le calculateur 23, en agissant sur l'ouverture ou la fermeture d'une vanne 14 placée sur un by-pass 13 de la turbine. 5) Dispositif de dosage automatique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la vanne 13 du by-pass est une vanne hydraulique dont l'ouverture et la fermeture sont pilotées séparément par 2 electrovannes à impulsions de courant. 6o Dispositif de dosage automatique selon l'une quelconque des revendica -tions 1 à 5 caractérisé en ce que le moyen de mesure de la longueur du flexible est un compteur décompteur dtimpulsior.s envoyées au calculateur et générées par ie mouvement de la bobine ou du flexible.