Brevet FR2683976A1 — publié le 19930528

La présente invention concerne un dispositif permettant de façonner automatiquement un arbre sur pied. c'est a dire ébrancher ou éventuellement ébrancher et écorcer avant que l'arbre ne soit abattu. Le façonnage des arbres est traditionnellement effectué apres abattage ce l'arbre de la manière suivante : un ouvrier au moyen d'une scie å moteur thermique (tronçonneusej coupe les branches à ras du tronc le long de l'arbre, si il doit l'écorcer, il utilise une écorceuse à moteur thermique ien période de sève une hache ou un peloir). L'ouvrier doit ensuite tourner l'arbre d'un demi-tour au moyen d'un tourne bois ou d'un treuil mécan-ue afin d'ébrancher et écorcer la partie de l'arbre qui est en contact avec le sol. Enfin, il doit entasser les branches coupées qui se trouvent sur toute la longueur de l'arbre. Par contre le dispositif ébranche et écorce l'arbre automatiquement avant l'abattage de ce dernier. Les branches a entasser se trouvent donc reparties autour du pied de l'arbre et non sur toute sa longueur d'ou facilité d'entassement de ces dernieres. L'arbre dépourvu de ses branches (sauf la cime) sera plus aize a abattre. Une fois abattu, il suffira de couper la cime et l'arbre sera terminé sans avoir été obligé de le tourner. Il en résulte moins tire fatigue pour l'ouvrier et de meilleures conditions de travail : risque ce la maladie de la "main blanche" diminué maladie due aux vibrations des scies à chaînes , l'appareil étant plus éloigne le bruit est moins direct; l'outil utilisé sur le dispositif a la place de la scie à chaine est moins bruyant ; l'émission des gaz d'échappement sera moins concentrée autour de l'ouvrier. Le dispositif étant automatique, le rendement est augmenté (possibilité de se servir de plusieurs appareils, ou de faire autre chose pendant le fonctionnement de l'appareili. L'outil de façonnage utilisé sur l'appareil a un rendement beaucoup plus élevé que 13 traditionnelle scie a chaine. notamment il ébranchera et écorcera en une seule opération et n'utilisera pas d'huile de graissage comme pour les chaines de scie a moteur. Il en resulte donc une économie d'énergie en carburant et en lubrifiant qui d'habitude est dispersé dans la forêt et constitue une pollution. Le dispositif selon l'invention se compose selon une première caractéristique d'un chassis formé de deux équerres superposées horizontalement le long desquelles sont fixées une série de roues libres, crantées, inclines une meme serie par branche d'équerre. L'arbre vient en appui bloqué contre certaines roues des deu équerres correspondant au diametre de cet arbre. le chassis se trouve donc positionné selon l'axe théorique de l'arbre. Un bras articulé selon un axe vertical passant par une extremité de chaque équerre vient presser une roue crantée, inclinée et motrice contre l'arbre par l'intermédiaire d'un ressort à l'opposé des deux equerres. L'arbre se trouve donc enferme entre ces deux équerres et cette roue motrice. La roue motrice est mue par un moto-réducteur électrique a courant continu.Du fait de l'inclinaison des roues libres crantees fixes sur les équerres et de l'inclinaison de la roue crantée motrice fixée sur le bras a l'opposé des equerres, le chassis monte ou descend selon une hélice autour de l'arbre en fonction du sens de rotation imprime au moto-reducteur électrique a courant continu. Le chassis supporte sur sa partie superieure un moteur thermique entraînant un alternateur et un outil de coupe assurant le façonnage de l'arbre. Cet ensemble est monté libre en rotation selon un axe vertical (axe donc parallèle a l'axe theorique de l'arbre). Un ressort presse cet ensemble en direction de l'arbre de maniere à ce que l'outil de façonnage vienne se bloquer contre l'arbre quelque soit le diametre de l'arbre correspondant. Au fur et a mesure de l'ascencion en hélice du dispositif, l'outil cylindrique, lui aussi disposé verticalement, vient usiner la surface de l'arbre en ébranchant et eventuellement en écorçant ce dernier. La hauteur de coupe de l'outil correspond donc au dénivelé effectue par le dispositif au bout d'un tour. Selon des modes particuliers de réalisations Pour pouvoir utiliser pleinement la hauteur de coupe de l'outil, il faut conserver un dénivelé le plus constant possible par tour d'appareil autour de l'arbre en tenant compte que ce dernier decroit en diamètre. Pour cette raison, l'inclinaison des roues libres crantées fixées le long des équerres est différente selon la position de ces roues sur ces equerres. En effet les roues les plus éloignées du centre de l'équerre correspondant au diamètre d'arbre maximum admissible sont les moins inclinées. Au fur et à mesure que l'arbre décroît, il viendra en contact des roues de plus en plus près du centre de l'équerre et de plus en plus inclinées. Les roues situéés le plus près du centre de l'équerre ont l'inclinaison maximum et correspondent au diametre d'arbre minimum admissible (cime des arbres). ----La roue motrice, inclinée, opposée au deux équerres et pressant l'arbre contre les roues libres inclinées des equerres doit également avoir un inclinaison correspondant le plus possible aux différents diametres des arbres. donc aux differentes inclinaisons des roues libres des équerres. Cette roue motrice inclinee décrivant un arc de cercle dans un plan horizontal arc de cercle délimité par le diametre minimum et le diametre maximum de l'arbre), sous l'effet du bras articulé qui la supporte ; a une inclinaison par rapport à la 3 tangente du diametre de l'arbre qu'elle presse dans les équerres qui varie en fonction de sa position sur cet arc de cercle (position donnee par le diametre de l'arbre en contact). Il suffit donc de donner à la roue motrice l'inclinaison maximum (inclinaison correspondant à l'inclinaison des roues crantées libres situees le plus pres du centre des équerres) lorsqu'elle vient presser le diametre minimum admissible. Le diamètre d'arbre croissant, la roue motrice s'écartera selon l'arc de cercle et son inclinaison diminuera. Avec un choix judicieux de la longueur du bras articulé, l'inclinaison de la roue motrice correspond selon les différents diamètres de l'arbre à l'inclinaison des roues libres des équerres en contact avec ce diamètre d'arbre. ----L'ensemble moto-réducteur électrique est monté coaxialement avec la roue motrice crantée selon l'axe d'inclinaison de cette roue å l'extrémit du bras articulé. L'ensemble est monté librement en rotation autour de cet axe par rapport au bras articulé. Dans ces conditions le moto-réducteur électrique a tendance à tourner en sens inverse de la roue motrice qu'il entraîne. Afin d'arrêter la rotation du moto-réducteur, un levier solidaire de ce dernier avec une roulette à son extrémité vient s'appuyer contre l'arbre afin de bloquer la contre rotation du moto-réducteur et de permettre la rotation de la roue motrice crantée. Lorsque le moto-reducteur électrique à courant continu change de sens de rotation. (pour redescendre le dispositif du haut de l'arbre;, le bioc .moto-reducteur tournera en sens inverse jusqu'a ce que la roulette fixe å l'extrémité du levier vienne le bloquer contre l'autre côté de l'arbre permettant ainsi a la roue motrice crantrée d'entraîner le dispositif dans l'autre sens. Une telle solution évite de faire supporter la contre reaction du moto-réducteur au bras articule du chassis, car si le moto-réducateur était solidaire en rotation au bras articulé du chassis. par sa contre réaction motrice il aurait tendance a ouvrir ce bras par rapport aux équerres et à destabiliser le dispositif pressé autour de l'arbre. ----Selon les branches que l'outil va rencontrer, il les coupera complètement, ainsi la branche tombera au sol : mais certaines branches risquent d'être coupées seulement en partie et vont pendre le long de l'arbre. risquant d'entraver l'ascencion du dispositif. Pour remédier a cet inconvénient, il faut que les branches susceptibles d'être coupées incomplètement, c'est A dire par la cime de l'outil cylindrique de coupe ne le soit que le tour suivant et cette fois-ci donc complètement. La cime de l'outil ne doit donc pas être coupante, mais l'appareil montant selon une hélice la clame de cet outil peut rester coincée contre une branche, bloquant le dit appareil. Pour empêcher cela il faut que l'outil puisse échapper la branche en la contournant par dessous.Une tête d'outil non coupante en forme d'hélice conique d'un pas inverse à la rotation de l'outil, au contact d'une branche aura tendance à pousser l'outil vers le bas. Il suffit alors de monter l'ensemble moteur thermique -alternateur- outil de coupe, libre en translation verticale sur une certaine hauteur par rapport au chassis ; un ressort maintenant cet ensemble en position haute, pour qu'au contact d'une branche sur la tete non coupante hélicoïdale conique l'ensemble se baisse et passe par dessous cette branche. L'ensemble sous l'action du ressort reprend sa position une fois la branche passée et la coupe le tour d'apres. ---Selon que l'on veuille ébrancher ou ébrancher-écorcer, il faudra régler la profondeur de coupe de l'outil à å ras de l'ecorce pour l'ébranchage. en profondeur pour l'ébranchage-écorçage. Deux guides concentriques a l'outil sont utilisés : un premier guide en amont de la coupe. c'est a dire juste fixé au dessus de la partie coupante haute de l'outil : ce guide est d'ailleurs intégré à la tête non coupante hélicoïdaie conique, constituant la base de cette tête. Il est à noter que cette base hélicoïdale sera cylindrique sur un pas de l'hélice afin de constituer le guide. Ce premier guide s'appuyant sur le tronc de l'arbre avant la coupe servira de guide de profondeur : avec un diamètre égal a celui de l'outil cylindrique, ce dernier ne coupera que ce qui dépasse du tronc, c'est a dire les branches, en utilisant un guide de diametre inferieur à celui de l'outil, l'outil pénétrera d'autant à la surface de l'arbre pouvant ainsi écorce ce dernier en même temps que l'ébrancher. il suffit donc d'interchanger la tête de l'outil selon qu'il faille ébrancher ou ébrancher-écorcer le lot de bois. Le second guide est situé à la base de l'outil coupant, c'est à dire juste dessous la partie basse coupante de l'outil. Ce second guide est de meme diamètre que l'outil de coupe afin de ne pas pénétrer plus profond que le guide du haut ne l'a défini.Nous pouvons dire que les deux guides font partie intégrante de l'outil et tournent avec lui : le guide du haut étant intégréà la tête de l'outil, le guide du bas étant intégré à l'outil lui-meme. Les dessins annexes illustrent l'invention La figure l représente une vue d'ensemble du dispositif à l'échelle 1/5 La figure 2 représente une vue de dessus du dispositif en plan horizontal a l'échelle 1/5. La figure 3 représente une rangée de roues libres (3 fixee dans une branche des équerres (2) à l'échelle 1/5. La figure 4 représente une roue quelconque (3) a l'échelle 1/3. La figure 5 représente des schemas dans un plan horizontal de la position d'un tronc d'arbre selon plusieurs diamètres a l'intérieur du chassis (1). La figure 6 représente dans un plan vertical des schémas de la roue motrice (6) dans plusieurs positions de serrage d'un tronc d'arbre selon plusieurs diamètres. La figure 7 représente la roue motrice (6J crantée a l'échelle 1/2. La figure 8 représente des schémas expliquant le fonctionnement moteur de l'ensemble moto-réducteur (7 > - roue (6) selon le sens de rotation. La figure 9 représente l'ensemble moteur thermique 8; alternateur (O3 outil (l) selon son déplacement possible en rotation a l'échelle 1/5 La figure l représente l'ensemble moteur thermique (8) alternateur (9 > outil (10) selon son déplacement en translation a l'échelle 1/5. La figure 11 represente l'outil (10) avec sa tête (15 > et ses deux guides (16 et 17) à l'échelle 1/2. La figure 12 représente des schémas de l'outil en action d'usinage d'un tronc. En référence à ces dessins, le dispositif se compose d'un chassis Ilf formé de deux équerres (2a) et (2b) superposées horizontalement. ces deux équerres (2a) et (2b) sont en acier et en forme de "U" afin de pouvoir recevoir les roues libres (3). Les deux équerres (2a) et (2bi sont reliees entre elles dans leur angle par un tube d'acier carré soudé. deux extrémités sont reliees par une autre tube carré soude, les deux dernieres extrémités sont rigidifiées par le bras articulé (4i fixé sur ces extrémités par l'intermédiaire de deux paliers (20a) et (20b) montes sur roulement à billes.L'arbre venant s'emboiter dans les deux équerres (2a) et (9b), celles-ci positionnent le chassis (1? donc ie dispositif selon l'axe de l'arbre, proche de la verticale. Toutes les roues libres (3 > sont fixees dans es équerres (2a) et (2b) selon des inclinaisons qui ont evizemmenr tendance à faire monter roues (3) toutes dans le même sens autour de l'arbre. Le chassis (1) aura donc un mouvement en hélice autour de l'arbre. Le pas de cette hélice étant déterminé par l'inclinaison des roues (3) en contact avec l'arbre et du diamètre de ce dernier. Selon la figure 5, on comprend comment un arbre vient se positionner sur les différentes roues libres (3 > en fonction de son diametre. Pour obtenir le rendement maximum du dispositif, il faut que l'arbre soit usiné par la longueur de coupe maximum de l'outil (10) quelque soit le diametre de l'arbre, c'est à dire que le pas de l'hélice soit toujours le plus rapprochant de la longueur coupante de l'outil (10). L'arbre decroissant en diamètre le pas de l'hélice a décroître d'autant. pour compenser cela, les roues libres (3i auront des inclinaisons differentes selon le diametre d'arbre qu'elles auront en contact.La ligure 3 illustre bien ces differentes inclinaisons : La roue (3a) est inclinée de 15 , la roue (3a') de 122, la roue (3a'') de 9 , la roue (3a''') de 6 . Ainsi plus le diametre d'arbre diminue plus les roues (3) concernées ont une inclinaison qui augmente. La figure 4 représente une roue (3) en détail : cette roue (3) en acier monte sur un roulement à billes est dentelée sur sa periphérie de maniere a bien agripper le dispositif sur l'arbre. Le bras (4) en acier, articule gràce aux paliers (20a) et (20b). aux extremités des équerres (2a) et (2b) vient donc presser la roue (6) motrice contre l'arbre a l'opposé du centre des deux equerres (2a) et 2b emprisonnant l'arbre au milieu du chassis (1,. Cette pression s'exerce par l'intermediaire d ressort (5) fixe d'une part sur 1 chassis t t d'autre part sur le bras articulé (4i. Pour pouvoir tendre aisement le ressort (5) on utilise un verin (22) a vis qui s'accroche et se decroche facilement du chassis (1) et du bras (4). Ce vérin (22) sert a tendre le ressort (5) pour ecarter la roue (6) par l'intermédiaire du bras ri jusqu'a ce que l'on puisse engager le dispositif autour d'un arbre : ensuite on détend le ressort (; afin de presser la roue (6) contre l'arbre et ainsi fixer l'appareil 5 l'arbre ; ceci fait on décroche le vérin iz) de l'appareii pour que dernier puisse monter et descendre de l'arbre.Le travail fini Oh raccroche le vérin (22) pour tendre le ressort 5 et pouveir degager l'appareil de l'arbre et passer au suivant. Cette roue (6i motrice fixée a l'extrémité du bras (4) sera evidemment inclinée en ayant tendance a monter dans le meme sens que les roues libres (3). Selon la figure 5 on voit que la roue motrice (6) decrit un arc de cercle allant du plus petit au plus grand diametre d'arbre qu'elle presse. Cet arc de cercle selon son rayon fera varier l'inclinaison de la roue (6), la figure 6 montre ces variations. En donnant une inclinaison de 15 à la roue motrice (6) lorsqu'elle presse le plus petit diamétre admissible, avec la dimension du bras articule (4) dans cet exemple. son inclinaison diminue jusqu'à 74 pour le plus grand diamètre d'arbre admissible. On voit que ces variations 15 a 70 sont tres proches de celles des roues (3) 15 a 6 . La figure 7 montre la roue l6) motrice en acier qui est egalement crantée sur sa périphérie de manière à accrocher dans le bois et entrainer le dispositif. Cette roue (6) est entraînée par un moto-reducteur (7) électrique a courant continu. Entraînée dans un sens la roue (6) entrainera le dispositif vers le haut ; en inversant les polarités. la roue feì sera entrainee dans l'autre sens et entrainera le dispositif vers le tas. L'ensemble roue f6i motoréducteur (7) a la particularité d'être monta coaxialement et libre en rotation par rapport au bras (4) grâce aux paliers (21a) et (21b) selon l'axe d'inclindaison de la roue (6). Pour remédier à la contre rotation du moto-redu@teur @@@@ un levier 11 est fixe sur le moto-réducteur (7), à l'extremite du levier 11, est fixée une roue (12) libre lisse qui vient se bloquer contre l'arbre. bloquant ainsi la contre rotation du moto-reducteur (7) et permettant la rotatIon de la roue (6). Lorsque le moto-reducteur (7) changera de sens rie rotation. il tournera en sens inverse jusqu'à ce que la roue (12) fixee au ievier (11) vienne se bloquer de l'autre côte de l'arbre et permette ainsi à la roue (6) d'entraîner le dispositif dans l'autre sens. La figure 8 explique ces mouvements.La roue (12i libre fixée à l'extremite du levier (11) en acier est en matière plastiue lisse pour des raisons de poids et frottement minimum. Sur la partie supérieure du chassis (1) vient donc l'ensemble moteur thermique (8) alternateur (9) outil (10). La figure @ montre le déplacement en rotation de l'ensemble de maniere que l'outil (10) épouse en permanence la surface de l'arbre selon des diametres divers. Le ressort (13 > assure le contact de l'outil (18 > contre les arbres. La rotation de l'ensemble s'effectue par l'intermédiaire d'une douiile à billes (29) autour d'un axe en acier (28 > fixé sur le chassis (1). Le moteur thermique (8 > entraîne un alternateur (9) par une transmission poulies courroie. Cet alternateur charge une batterie située dans le boitier électrique (19), ceci pour le fonctionnement du moto-réducteur électrique et des relais de l'automatisation. Le moteur thermique (8) entraîne egalement par un arbre et un support d'outil (18) faisant renvoi d'angle un outil cylindrique (10) assurant le façonnage de l'arbre. Le deplacement en translation de l'ensemble moteur thermique (8) alternateur (9) outil (18) en regard de la fiure 10 s'effectue sur l'axe en acier (28) par l'intermédiaire de la douille à billes 129i qui servait egalement a la rotation de cet ensemble. Le ressort (14) sert à maintenir et ramener l'ensemble en position haute. La figure 11 montre bien la tête d'outil non coupante (15) qui par sa forme permet à l'ensemble moteur thermique (8) alternateur (9) outil (10) de descendre au contact d'une branche. n remarque egalement le guise ie. concentrique à l'outil intégre dans la téte (15). Quant au guide (17) concentrique a l'outil il est lui intecre a 'outil (10). Sur la figure 12, on voit au-dessus comment avec un guide f de même diametre que l'outil (10). cet outil (10) travaille a fleur d'écorce et coupe seulement les branches ; tandis qu'au-dessous avec un guide (16) de diamètre inférieur au diamètre de l'outil (1e) celui-ci pénètre d'autant l'écorce et coupe les branches tout en écorçant. Le dispositif fonctionne automatiquement : piacé au pied de l'arbre, le moteur thermique (8i mis en route et tournant a un regimbe convenable, on enclanche l'ascencion grâce a un interrupteur (27). Le dispositif grimpera autour de l'arbre tout en le façonnant. Lorsque le dispositif parviendra au diamètre minimum d'arbre admissible, une butée fixee sur le bras t4) articulé appuiera sur le contact (25 > qui commande un relais inversant le sens de rotation du moto-réducteur (7) qui permettra au dispositif de redescendre.Ce relais coupera également l'allumage du moteur thermique (8) qui n'a aucune raison de fonctionner à la descente, Arrive au contact du sol le poids (23 > lestant un interrupteur (24i permettra l'arrêt du dispositif. Un contacteur (26) fixé en retrait de i-a roue motrice (6) fera office de sécurité : Si pour une raison quelconque le dispositif se bloque et ne peut plus monter, la roue (6) motrice patinera sur l'arbre en creusant jusqu'a ce que le contacteur ( soit enclanché permettant ainsi au dispositif de redescendre. Un contacteur commande par radio peut également servir de sécurité. Un tel dispositif pese environ quarante kilogrammes et peut donc facilement se manipuler a deux personnes. Une roue et deux poignes peuvent s'adapter afin de faciliter le transport d'un arbre a l'autre par un seul ouvrier. Dans cet exemple le dispositif permet de façonner des arbres d'un diametre de quarante centimetres a la base jusqu'à douze centimètres en cime. En construisant un appareil de plus grande dimension. il est tout a fait possible de façonner des arbres plus gros a la base et de finir a douse centimetres de diamètre en cime egalement. Le dispositif, selon l'invention, est particulierement destine a façonner les arbres résineux. Mais il peut également façonner les arbres feuillus dont les branches s'apparentent a la constitution des branches ae résineux, ou façonner les feuillus jusqu'à leur houppler. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour façonner (ebranchage, ecorçage) des arbres avant d'être abattus caractérisé par un chassis (1) formé de deux équerres (2a) et (2b) superposees horizontalement le long desquelles sont fiee des roues libres [ (3a) (3a') (3a'') (3a''') ], [ (3b) (3b') (3b'') (3b''') ], [ (3c) (3c') (3c'') (3c''') ], [ (3d) (3d') (3d'') (3d''') ] ; crantees inclinees. Un bras (4) articulé selon un axe vertical passant par une extrémité de chaque équerre et sous l'action d'un ressort (5) tient une roue motrice (6) crantée, inclinée, mue par un moto-réducateur (7) électrique à courant continu, pressée à l'opposé des deux équerres (2a) et (2b).Le chassis (1) supporte sur sa partie supérieure un moteur thermique (8) entraînant un alternateur (9) et un outil cylindrique (10) de coupe. Cet ensemble monte libre en rotation selon un axe vertical est maintenu pressé par un ressort (13). L'outil (10) est positionne verticalement. 2) Dispositif selon la revendication 1 caracterise par le fait que les roues libres [ (3a) (3a') (3a'') (3a''') ], [ (3b) (3b') (3b'') (@b''') ], [ (3c) (3c') (3c'') (3c''') ], [ (3d) (3d') (3d'') (3d''') ], crantées. inclinées sont fiées sur les equerres (2a) et tube selon des inclinaisons différentes. Les routes libres [ (3a) (3b) (3c) (3d) ] fixées près du centre des équerres (2a) et i2bi ont l'inclinaison maximum. les roues [(3a') (3b') (3c') (3d') ] ont une inclinaison plus faible que les précédentes, les roues [ (3a'') (3b'') (3c'') (3d'') ] ont une inclinaison plus faible que les précédentes, enfin les roues [ (3a''') (3b''') (3c''') (ed''') ] fixées les plus loin du centre des equerres rai et (2b) ont l'inclinaison la plus faible. 3) Dispositif selon la revendication 2 caracterisé par le fait que ia roue motrice (6? est fixee a l'extrémité du bras (4) articule selon la même inclinaison maximum que les roues libres [ (3a) (3b) (Oc) i3d? ] lorsque cette roue motrice (6) se trouve en position de serrer le plus petit diamètre admissible d'arbre. c'est a dire en correspondance avec les roues libres [ (3a) (3b) (3c) (3d) ]. 4) Dispositif selon les revendications 1 et 3 caractérisé par le fait que le moto-réducteur électrique (7 > est monte coaxialement avec la roue motrice (6) crantée à l'extrémité du bras (4) articulé selon l'axe d'inclinaison de cette roue motrice t6), que l'ensemble (6) et t7) est monté librement en rotation selon cet axe par rapport au bras (4) articulé; que le moto-réducteur électrique (7) comporte un levier (11) sur lequel est fixé à son extrémité une roue libre (12). 5) Dispositif selon la revendication 1 caractérise par le fait que l'ensemble moteur thermique (8), alternateur (9) outil cylindrique (18) coulisse verticaiement par rapport aux chassis (1). un ressort (14? maintenant l'ensemble en position haute. 6) Dispositif selon la revendication 5 caracterise par le fait que la cime de l'outil coupant cylindrique (10) est surmonte par un tète non coupante (15) en forme d'hélice conique, d'un pas invers se t la rotation l'outIl. ) DIspositif selon les revendications 1 et 6 caracterise par le fait que l'outil (10) de coupe comporte deux guides !161 et (17) de profondeur de coupe. Ces deux guides (16) et (17) sont concentriques a l'outil (18) de coupe. Le premier guide (16) en amont de la coupe fait partie intégrante de la tête (15) non coupante hélicoïdale conique. Le second guide (17) est situe a la base de l'outil (10) coupant en aval de la coupe et fait partie intégrante de l'outil (10).