Brevet FR2659140A1 — publié le 19910906

La présente invention a pour objet un dispositif et un procédé de détermination de la puissance mécanique d'une machine de façon à permettre notamment son contrôle et son réglage. Dans le domaine de la machine notamment agricole il est souvent nécessaire de reconstituer les conditions réelles de fonctionnement pour déterminer, contrôler et régler ces machines; plus particulièrement les tronçonneuses à bois. Actuellement, les tronçonneuses à réparer ou à régler sont essayées en atelier par le réparateur qui effectue ces essais en découpant des billes de bois afin de recréer les conditions de fonctionnement réelles en charge. De tels tests restent très approximatifs en plus des inconvénients nombreux qu'ils présentent, approvisionnement en billes de bois, sciure et copeaux générés, espace nécessaire et aucun résultat obtenu ne vient concrétiser ces tests si ce n'est les interprétations estimatives du réparateur. Cette méthode n'est pas compatible avec les besoins actuels et il est nécessaire de pouvoir déterminer de façon précise la puissance mécanique développée par une machine; de pouvoir contrôler les variations de cette puissance en cours de fonctionnement et en charge afin de pouvoir la régler de façon optimum en trouvant la plus grande puissance pour un nombre de tours donné. I1 est également nécessaire de pouvoir mesurer cette puissance de façon reproductible afin d'établir une courbe des variations de puissance au cours du temps, courbe généralement proportionnelle à l'usure de la machine. De plus, le dispositif doit être compact, aisé à mettre en oeuvre, propre, d'un prix de revient compatible avec celui des machines, précis dans les résultats et polyvalent afin de recevoir les différents modèles des différentes marques. On connaît des dispositifs qui essaient de répondre à ces besoins sans y parvenir. C'est le cas du banc d'essai pour moteur décrit dans le brevet européen EP O 155 648 dans lequel le banc d'essai comporte un moyen de transmission pouvant être relié à la prise de force du moteur à soumettre à l'essai et une pompe à huile entraînée par ce moyen de transmission. La pompe est interposée dans un circuit hydraulique fermé et comprend une vanne d'étranglement réglable, un dispositif de mesure de pression, un réservoir d'huile refroidissable, ainsi qu'un conduit reliant ces parties, le moyen de transmission étant relié à un indicateur de la vitesse de rotation. Le débit dans le conduit de circuit hydraulique fermé; la vitesse de rotation, la mesure du débit et de pression sont introduits dans un microprocesseur qui affiche les valeurs fournies séparément et/ou dans une relation destinée à établir la puissance, l'une des valeurs mesurées fournie au microprocesseur, étant multipliable par un facteur correspondant au rendement de la pompe à huile. Dans ce brevet il est donc proposé d'améliorer le banc d'essai en éliminant l'influence du rendement de la pompe à huile. Ce problème n'est pas primordial compte tenu du fait que les constructeurs étalonnent les pompes à engrenage et que celles-ci peuvent être régulièrement réétalonnées. Quant au rendement moyen de la transmission il dépend d'un coefficient multiplicateur qui peut être aisément déterminé et qui est ensuite considéré comme une constante. Dans ce brevet aucune formule de calcul n'est indiquée qui permettrait de déterminer et de calculer la puissance. Il n'est en effet pas indiqué de quelle façon les différents paramètres mesurés sont combinés par le microprocesseur pour obtenir le résultat souhaité. De plus, un des paramètres essentiels qui doit être mesuré avec précision et éventuellement corrigé est celui du débit. Or, les appareils de mesure de débit sont complexes et très onéreux ce qui limite la diffusion de bancs d'essais tels que décrits et revendiqués dans le brevet européen précité. La présente invention vise à créer un dispositif de détermination de la puissance mécanique d'une machine notamment en vue de son contrle et de son réglage qui comprend un banc d'essais constitué d'éléments simples; fiables, d'un prix de revient peu élevé et qui permet de déterminer de façon reproductible les puissances mécaniques de la machine en affichant ces puissances et la vitesse de rotation correspondante, la précision obtenue étant de l'ordre de quelques pour cents. Dans ce but, le dispositif de détermination de la puissance mécanique d'une machine selon l'invention, en vue de son contrôle et de son réglage, notamment appliqué aux tronçonneuses, comprend un banc d'essais constitué d'un support de machine avec entraînement mécanique, une pompe hydraulique entraînée par un arbre de transmission reliant cette pompe à la machine, un tachymètre pour mesurer la vitesse de rotation de l'arbre de l'arbre d'entraînement, un circuit fermé de part et d'autre d'un réservoir, circuit sur lequel sont interposés la pompe; des moyens de mesure de pression à la sortie de la pompe hydraulique, un obturateur-à section de passage variable disposé sur le circuit en aval de la pompe dans le sens de circulation du fluide et en amont du réservoir et, ce dispositif se caractérise en ce qu'il comprend des premiers moyens de mesure de la température T1 du fluide disposés en amont de la pompe hydraulique et des seconds moyens de mesure de la température du fluide disposés en aval de la pompe hydraulique et en amont de l'obturateur à section de passage variable de façon à déterminer la puissance mécanique de la machine. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif se caractérise en ce que le banc d'essais comprend des moyens de calcul de la puissance mécanique de la machine et des moyens d'affichage de cette puissance et de la vitesse de rotation de façon à pouvoir régler la machine pour obtenir la plus forte puissance pour une vitesse donnée. Selon une autre caractéristique, le banc d'essais comprend un support de machine et une liaison mécanique entre la machine et l'arbre de transmission. Dans le cas d'une tronçonneuse la liaison mécanique est la chaîne de coupe de la tronçonneuse dont le guide a été retiré, qui coopère avec un des pignons d'un ensemble de pignons solidaire de l'arbre de transmission. Le support de tronçonneuse est également mobile en translation de façon que la chaîne tourne dans le plan du pignon associé. La présente invention a également pour objet un procédé de détermination de la puissance mécanique d'une machine au moyen du dispositif défini plus haut qui se caractérise en ce que connaissant n la vitesse de rotation de la pompe hydraulique, K un coefficient de forme qui tient compte du coefficient de transfert h, S la surface du corps de pompe et celle du tube du circuit compris entre les points de mesure des températures T1 et T=, S la masse volumique moyenne du fluide hydraulique, Cp la chaleur spécifique moyenne, p1 la pression absolue au refoulement de la pompe, po, et To respectivement la pression atmosphérique et la température ambiante et v le volume unitaire de la pompe par tour de pompe hydraulique, on applique la relation P = nv (Âp + Cp se) + KS##B Dans laquelle : Âp = pl seA = T - T,- Le procédé se caractérise également en ce que la vitesse de rotation de la machine et la vitesse de rotation de l'arbre de pompe sont liés par un coefficient k correspondant au rapport de transmission. La présente invention est décrite ci-après selon un mode de réalisation particulier en regard des dessins annexés qui représentent - la figure I, un synoptique du dispositif selon l'invention, - la figure 2 une vue schématique de dessus du dispositif appliqué à la mesure de puissance d'une tronçonneuse; et - la figure 3 est une vue schématique en élévation latérale du dispositif appliqué à la mesure de puissance d'une tronçonneuse. Sur la figure 1 on a représenté un schéma fonctionnel du dispositif selon l'invention. La machine 10 met en rotation un arbre d'entraînement 12 solidaire de l'arbre d'une pompe à engrenage 14 disposée sur un circuit hydraulique 16. Ce circuit hydraulique comprend un réservoir 18 contenant du fluide hydraulique 20 deux sondes de température 22 et 24 disposées respectivement immédiatement en amont de la pompe à engrenage 14 et immédiatement en aval de celle-ci, des moyens 26 de mesure de la pression absolue délivrée par la pompe, un obturateur à section variable 28 disposé en aval des moyens de mesure de la pression et des moyens de refroidissement 30 du fluide hydraulique disposés entre l'obturateur à section variable et le réservoir 18. L'ensemble du dispositif est complété par un tachymètre 32 permettant de déterminer la vitesse de rotation de l'arbre de transmission. Par ailleurs, on connaît le coefficient de forme K correspondant au type de pompe à engrenage utilisé, S, la surface du corps de pompe et celle du tube de liaison comprise entre les points de mesure de température 22 et 24, n la vitesse de rotation de la pompe hydraulique déterminée à partir de la vitesse kn de l'arbre de transmission mesurée au moyen du tachymètre 32, étant le rapport de transmission, S la masse volumique moyenne du fluide hydraulique, Cp la chaleur spécifique moyenne, v le volume unitaire de la pompe hydraulique par tour de pompe hydraulique ainsi que po et To les pressions et températures ambiantes. Nfin de déterminer la puissance mécanique de la machine on utilise la relation suivante Puissance globale = Puissance mécanique + Puissance thermique. La puissance mécanique pm = qAp avec q = n x v Âp = p, - po La puissance thermique Pt = qm x Cp x le,, + K x S x seB relation dans laquelle qm = qv x e = nv x e ##A = To - T, On obtient ainsi la puissance globale par la relation P = nv (Âp + e Cp x ##a) f K x S x ses I1 est donc possible de calculer à tout instant la puissance mécanique de la machine puisque toutes les constantes sont connues par elles-mêmes ou obtenues par étalonnage et que toutes les variables sont mesurées. Un tel calcul peut être réalisé au moyen d'un microprocesseur 34, tel que représenté sur la figure 1, dans lequel ont préalablement été mémori sées les valeurs des constantes et qui recalcule la formule ci-dessus développée après réception des valeurs de chacune des mesures de vitesse, température et pression. Le microprocesseur est complété par un dispositif d'affichage 36 qui affiche l'un quelconque des paramètres mesurés mais plus particuliérement la puissance déterminée par le calcul ainsi que la vitesse de rotation de la machine exprimée en tours par minute. Le dispositif selon l'invention est représenté aux figures 2 et 3. Sur la figure 2 on a représenté, vu de dessus, un bâti 40, les moyens mécaniques de transmission 42 et les moyens hydrauliques 44 de mise en charge. Les moyens mécaniques 42 comprennent une platine 46 mobile en translation sur deux guides 48 et dépla çable au moyen d'une manivelle 50 grâce à un système vis-écrou Sur cette platine il est prévu des moyens de fixation 52 de la machine 54, en l'occurrence une tronçonneuse. Le guide de grande longueur de la chaîne est remplacé par un guide 56 court tandis que la chaîne 58 vient coopérer avec un des pignons 60 d'un ensemble de pignons 62. Les différents pignons 60 de l'ensemble 62 permettent d'adapter les différents types de chaîne en fonction des marques.L'ensemble de pignons 62 est solidaire d'un arbre d'entraînement 64 monté tournant dans les paliers 66 solidaires du bati. n l'extrémité libre de cet arbre de transmission, il est prévu un organe de transmission 68 comprenant un jeu de poulies 70 et des courroies 72. I1 est également prévu sur cet arbre un embrayage d'accouplement 74, manoeuvrable au moyen d'un levier 76. Un tachymètre 78 est également monté sur l'arbre de transmission 64 de façon à pouvoir mesurer la vitesse de rotation de cet arbre. Les moyens hydrauliques 44 comprennent une pompe à engrenage 80, interposée dans un circuit hydraulique 82 comprenant une canalisation 84 qui plonge dans un réservoir 86, munie d'un clapet anti-retour 88 en amont de la pompe hydraulique 80 ainsi que d'un premier thermo-couple 90 destinée à mesurer la température T1 immédiatement en amont de la pompe hydraulique 80. En sortie de la pompe hydraulique 80 la canalisation 84 est également munie d'un second thermo-couple 92 destiné a mesurer la température T 2 immédiatement en aval de la pompe hydraulique 80. En série sur la canalisation 84, il est prévu un capteur de pression 94, un obturateur à section variable 96, successivement un radiateur 98 refroidi par un groupe moto-ventilateur 97 et un clapet anti-retour 100 immédiatement en amont du réservoir 86 de façon à fermer le circuit.La pompe hydraulique 80 est entraînée en rotation par un arbre 102, solidaire des poulies menées 70. On retrouve les mêmes éléments sur la vue en élévation de la figure 3 dans laquelle les mêmes éléments portent les mêmes références. Le dispositif est complété par un écran de visualisation 104 disposé au dessus du bâti 40 de façon à être lisible par l'utilisateur, cet écran étant situé en position ergonomique. g cet écran, sont également associés des moyens de calcul 103 comprenant un microprocesseur et des mémoires. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention est décrit ci-après. L'utilisateur fixe la machine 54 sur la platine 46 après avoir retiré dans le cas d'une tronçonneuse le guide long de la chaîne. Il engage la chaîne 58 sur le pignon 60 de l'ensemble pignon 62 correspondant au type de chaîne en ajustant la platine 46 à l'aide de la manivelle 50 de façon que la chaîne tourne dans le plan du pignon correspondant. L'ensemble du dispositif est mis sous tension tandis que l'utilisateur met en marche la machine à tester 54. L'embrayage d'accouplement 74 est en position débrayée grâce au levier 76 si bien que la machine 54 entraîne l'ensemble de pignons 62 et l'arbre de transmission 64 sans entraîner les poulies 70 de l'organe de transmission 68. n l'aide du levier 76, l'embrayage d'accouplement 74 permet d'entraîner le jeu de poulies 70 et par l'intermédiaire de l'arbre 102 les engrenages de la pompe 80. La pompe 80 aspire du fluide hydraulique du réservoir 86 et le refoule suivant la flèche 85 dans la canalisation 84 du circuit hydraulique 82. Le fluide passe ensuite à t'verts l'obturateur à section variable 96 après que sa pression ait été préalablement mesurée par le capteur de pression 94. Le fluide entre ensuite dans le radiateur 98 ou il est refroidi par l'air émis par le groupe motoventilateur 97 pour être renvoyé vers le réservoir 86. Les clapets anti-retour 88 et 100 permettent d'éviter tout retour et tout désamorçage éventuel de la pompe 80. Lorsque l'ensemble du dispositif tourne, les différents paramètres, vitesse mesurée par le tachymètre 78, température amont et aval mesurées par les thermo-couples 90; 92 et pression mesurée par le capteur 94 sont envoyés au microprocesseur 103 qui les traite et en fonction de la sélection d'affichage choisie et fait apparaître les valeurs sur l'écran 104. Dans un mode d'utilisation particulier, le réparateur peut maintenir une vitesse constante par accélération continue de la machine et régler par exemple la carburation de moteur thermique de façon que la puissance soit maximum pour un régime donné. Ainsi les avantages de ce dispositif sont nombreux puisque tout d'abord il peut store utilisé instantanément pour une mesure sans attendre de montée en température; d'égalisation de niveau ou autre. La mise en place de la machine sur le dispositif est quasiment instantanée et dans le cas des tron çonneuses ces machines peuvent être essayées dans des conditions très proches de la réalité, puisque la mesure de puissance est bien mesurée à la chaîne et non pas directement en sortie de l'arbre moteur avec mise en charge. De même on peut remarquer que les mesures de température s effectuent à l'aide de simples thermocouples qui sont des capteurs très peu onéreux, d'une grande fiabilité et très précis. Il en est de même pour le capteur de pression 94. Un tel dispositif est précis et permet d'obtenir des résultats reproductibles ce qui conduit à l'utiliser pour des fonctions particulières et notamment le suivi des performances des machines. ainsi un utilisateur peut faire tester régulièrement sa machine sur un banc de façon que l'on étudie la puissance maximum fournie pour un régime donné en fonction du temps. Cette courbe est significative de l'usure de la machine. REVENDIChTI0NS 1. Dispositif de détermination de la puissance mécanique d'une machine en vue de son con trôle et de son réglage, notamment appliqué à une tronçonneuse comprenant un banc d'essais constitué d'un support de machine (46) avec entraînement mécanique (42) d'une pompe hydraulique (80) par un arbre de transmission (64) reliant cette pompe à la machine, d'un tachymètre (78) pour la mesure de la vitesse de rotation de l'arbre (64) entraîné par la machine, d'un circuit hydraulique (82) fermé autour d'un réservoir (su), circuit sur lequel sont interposés la pompe (80) et des movens de mesure de la pression (94) immédiatement en aval de la pompe hydraulique, un obturateur à section de passage variable (96) disposé sur le circuit hydraulique (82) en aval dans le sens de circulation du fluide et en amont du réservoir et des moyens de calcul caractérisé en ce qu'il comprend des premiers moyens de mesure de la température T1 du fluide (90) disposés en amont de la pompe hydraulique et des seconds moyens de mesure de la température T; du fluide (92) disposés en aval de la pompe hydraulique et en amont de l'obturateur à section de passage variable de façon à déterminer à l'aide des moyens de calcul la puissance mécanique de la machine. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le banc d'essais comprend des moyens de calcul (103) de la puissance mécanique de la machine et des moyens d'affichage (104) de cette puissance et d'au moins un des paramètres mesurés. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le banc d'essais comprend un support de machine (46) et une liaison mécanique (42) entre la machine et l'arbre de transmission (64). 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que dans le cas d'une tronçonneuse la liaison mécanique est une chaîne de coupe de tronçonneuse dont le guide a été retiré, qui coopère avec un des pignons (60) d'un ensemble de pignons (68) solidaire de l'arbre de transmission (64). 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4 caractérisé en ce que chaque pignon (60) correspond à un type de chaîne et en ce que le support de tronçonneuse (46) est mobile en translation de façon que la chaîne tourne dans le plan du pignon associé. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un embrayage d'accouplement (74) entre l'arbre de transmission (64) et la pompe hydraulique (80) de façon à transmettre progressivement la puissance de la machine (54) à cette pompe hydraulique (80). 7. Procédé de détermination de la puissance mécanique d'une machine au moyen du dispositif selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que l'on mesure la température à l'entrée de la pompe à engrenage et à la sortie de façon à calculer la puissance mécanique de la machine. 8. Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que connaissant n la vitesse de rotation de la pompe hydraulique, K un coefficient de forme qui tient compte du coefficient de transfert h, S la surface du corps de pompe et celle du tube du circuit compris entre les points de mesure des températures T1 et I2, la masse volumique moyenne du fluide hydraulique, Cp la chaleur spécifique moyenne, zl la pression absolue au refoulement de la pompe p,o et T P = nv (#p + e Cp ##A) + KS##B Dans laquelle : : Âp = p1 - po ie, = T - T1 9. Procédé selon la revendication 7 ou 8 caractérisé en ce que les vitesse de rotation de l'arbre (64) et de l'arbre (102) de la pompe hydraulique (80) sont dans un rapport k correspondant au rapport de transmission.