Brevet FR2683512A1 — publié le 19930514

DISPOSITIF DE CONTROLE DES FORCES DE COMPRESSION DEVELOPPEES DANS DES CONVOYEURS A ACCUMULATION. Dans les lignes de production, on utilise fréquemment pour le transfert du produit d'un poste à l'autre des convoyeurs à accumulation, notamment du type à courroie ou à écailles. Sur ces convoyeurs, le produit peut circuler seul si sa configuration s'y prête, ou être posé sur des palettes dans le cas contraire. Dans ce qui suit, nous parlerons de palettes, étant entendu que le domaine de la présente invention s'étend également à la variante où le produit est directement posé sur le convoyeur. Le principe bien connu des convoyeurs à accumulation évoqués ici, consiste à admettre qu'une palette posée sur un convoyeur puisse se trouver dans deux types de situation: - liberté de progression: rien ne s'opposant au mouvement de la palette, celle-ci se déplace à la vitesse V du convoyeur. - Blocage aval: la palette se trouvant en appui sur une butée fixe (ou éventuellement sur une autre palette elle-même immobile) se trouve dans l'impossibilité de progresser, alors que le convoyeur continue à avancer à la vitesse V; on admet alors le patinage de la palette sur le convoyeur, les surfaces en contact étant conçues pour que le frottement qui en résulte n'ait pas d'effets nuisibles. L'avantage bien connu de ce type de convoyeur est de permettre la réalisation de transferts dit "libres", c'est à dire dans lesquels le fonctionnement d'une machine donnée n'a pas à être synchronisé avec celui de la machine suivante ou de la machine précédente, dans la mesure ou le tronçon de convoyeur placé entre deux machines peut jouer le rôle de stock-tampon, son contenu pouvant varier entre zéro et sa capacité maximale. Nous nous intéressons ici principalement aux situations dans lesquelles la machine aval est bloquante, c'est à dire qu'elle interdit l'écoulement régulier des palettes à la vitesse V du convoyeur. Ce type de situation se rencontre: - si la machine est en panne - en fonctionnement normal, si le principe de la machine veut que chaque palette soit immobilisée temporairement contre une butée. Dans les deux cas, la palette immobilisée sur la machine reçoit la poussée des N palettes qui la suivent en accumulation, c'est à dire en constituant un train continu ne présentant aucun vide, le nombre N pouvant varier entre zéro, s'il n'y a aucune accumulation, est un maximum correspondant à la capacité totale du convoyeur, lorsque celui-ci est plein. Il est facile, en première analyse, de calculer la poussée en question; - si le convoyeur est horizontal, chaque palette engendre une poussée P de la forme: P=mxgxf "m' étant la masse de la palette, "g" l'accélération de la pesanteur et "f" le coefficient de frottement palette/convoyeur. - si le convoyeur est en pente, les lois de la statique montrent qu'il faut remplacer le terme précédent par: P' = mg x ( f. cos + sine ) etant l'angle formé par le convoyeur avec l'horizontale, supposé positif si la pente est descendante, et négatif si la pente est ascendante. La poussée résultant d'une accumulation de N palettes sera égale à N x P ouNxP' selon que le convoyeur est horizontal ou en pente. Si le convoyeur est mixte, avec N1 palettes à l'horizontale et N2 palettes en pente, on aura: = P = (N1 x P) + (N2 x P') Le calcul et l'expérience montrent que la poussée globale ainsi obtenue peut être très forte, pour peu que la capacité de stockage nécessaire soit importante. A titre d'exemple, si on a: m = 0,5 kg f = 0,2 X = 80 on trouve pour P' = 1,65 Newtons Si on accumule ainsi 150 palettes, la poussée résultante P se monte à 248 Newtons. Ce chiffre est excessif; il peut en effet conduire: - à une fatigue excessive et une dégradation de la butee qui doit encaisser cet effort, - à des phénomènes brutaux du type "explosion" du train de palettes, si le guidage de celles-ci ne peut être assuré avec une très grande précision. Les valeurs importantes de N peuvent résulter: - soit d'un éloignement geographique des machines - soit de la nécessité de pallier aux aléas de fonctionnement des machines en installant entre celles-ci des capacités de stockage-tampon importantes (le chiffre de 150 cité plus haut est une valeur pouvant être rencontrée sur des lignes d'assemblage automatique). Une solution bien connue à ce problème consiste à diviser le convoyeur en un certain nombre de cantons matérialisés par des butées intermédiaires et à admettre l'accumulation à l'intérieurde ces cantons, mais non sa propagation d'un canton à l'autre. Cette solution est efficace, mais d'une certaine complexité sur le plan mécanique et sur celui des automatismes. L'objet de la présente invention consiste à combattre le phénomène de cumul de la poussée de N palettes par un moyen purement statique, en mettant à profit les changements de direction du convoyeur pour créer des frottements latéraux fortement dissipateurs d'énergie. Il est en effet rare qu'une grande longueur de convoyeur se présente en ligne droite. Si on est entre deux machines voisines, on utilisera de préférence-des configurations pseudo-hélicoïdales présentant de nombreux points de rebroussement semi-circulaires. Si on est entre deux machines éloignées, on peut facilement configurer le convoyeur sous la forme d'une ligne brisée pour créer le nombre voulu de changements de direction. Analysons donc ce que deviennent les forces en présence, lorsque le convoyeur effectue un changement de direction d'un angle en prenant en compte le phénomène de frottement latéral entre les palettes et le guidage externe. On se référera pour cela à la figure 1 qui traduit une approche simplifiée dans laquelle le train de palettes est assimile à un ruban continu. Sur ce schéma, la vitesse de déplacement du convoyeur sous les palettes est représentee par les flèches V, alors que les efforts de compression dans le train de palettes sont représentés par les flèches Fo et F, respectivement à l'entrée et à la sortie du virage. Statiquement, il est évident que les efforts Fo et F vont provoquer un appui du train de palettes contre le guidage externe, cet appui étant matérialisé par un ensemble de réactions t F dont la résultante est égale et opposée à celle de Fo et F. Ces réactions engendrent un frottement conduisant à un freinage des palettes, donc à une diminution progressive de la compression au cours de la rotation. Cette diminution est légèrement altéree par le fait que le convoyeur continue à exercer un effort moteur au cours de la rotation. Au global, on peut, en choisissant bien le coefficient de frottement latéral, obtenir une diminution substantielle de la compression en passant de Fo à F. On peut démontrer qu'il existe entre ces deux forces une relation de la forme: F = &alpha; + ss x Fo ss étant obligatoirement inférieur à 1. Les coefficientst et g dépendent des paramètres géométriques et mécaniques en présence, à savoir: - le rayon de courbure du virage - le poids- et la longueur des palettes - leur coefficient de frottement sur le convoyeur - leur coefficient de frottement latéral - l'angle de rotation e les deux derniers paramètres étant les plus importants. Un convoyeur étant constitué d'une alternance de tronçons droits et de changements de direction, l'effort de compression dans un train de palettes peut donc être calculé à partir de la palette "de queue" (la plus en amont) en considérant que chaque tronçon droit entralne une augmentation de l'effort, et que chaque changement de direction entralane une réduction de cet effort selon la formule F = &alpha; + ss x Fo Dans une configuration particulièrement intéressante, que nous designerons par "pseudo-hélicoïdale" (alternance de tronçons droits obliques et de virages à 1800), on peut démontrer que, si on désigne par P la poussée accumulée sur un tronçon droit, la compression du train de palette tend vers une valeur asymptotique après un certain nombre de virages.On aura alors, à l'entrée de chaque virage: Fo = &alpha; + P/ 1-ss (&alpha; + P) / (1-ss) et à la sortie F = &alpha;+ ssP/ 1-ss (&alpha;+ssP) / (1 -ss) On peut vérifier que ces formules donnent bien F + P = Fo et F = &alpha; + ssX Fo Il est intéressant de noter que ces valeurs asymptotiques ne dépendent pas de la compression initiale à l'entrez de la structure pseudo-hélicoldale. Si cette compression est faible, elle augmentera en décrivant les premières spires, si elle est forte, elle diminuera. A titre d'exemple numérique avec un coefficient de frottement latéral de 0,6, on peut avoir facilement des valeurs de l'ordre de 1,5 Newton pour F. Ces valeurs asymptotiques seront pratiquement atteintes après 3 virages. En comparaison, si on n'exploitait pas aussi bien le frottement latéral, c'est à dire si on se contentait d'un coefficient de frottement courant de l'ordre de 0,15, on aurait des valeurs asymptotiques de 83N pour Fo et 53N pour F. Dans une configuration quelconque du convoyeur ne présentant pas naturellement de nombreux changements de direction (exemple, liaison de 2 machines non voisines géométriquement) on peut toujours maltriser le phénomène de compression du train de palettes en installant des virages n'ayant pas d'autre but que de créer les frottements latéraux nécessaires. Notamment, s'il existe un point à l'endroit duquel on souhaite particulièrement éviter la compression (cas d'une butée d'indexage que l'on veut éviter de soumettre à un effort excessif) on peut, immédiatement avant ce point, "casser" le trajet du convoyeur par un ou plusieurs virages à la sortie desquels l'effort résiduel sur les palettes sera très faible. Indépendamment des situations où il y a accumulation de palettes, il faut se préoccuper des cas où les palettes circulent une par une sur le convoyeur. La présence dans les virages d'un guidage à coefficient de frottement important pourrait créer des risques de coincement. On peut mettre ces risques en évidence en se référant à la figure 2, représentant en vue de dessus, une palette en cours de rotation, et s'appuyant contre le guidage externe par les points A et B. Les réactions d'appuis RA et RB présentent avec les normales radiales NA et NB un angle , , dont la tangente correspond au coefficient de frottement latéral qui, comme on l'a vu, doit être assez élevé.Les deux autres forces appliquées à la palette (force d'inertie et frottement sur le convoyeur) ne sont pas représentées, mais on peut admettre qu'elles sont appliquées en O, centre géométrique de la palette. Soit R la résultante de ces deux forces. Tant qu'elle passe entre A et B, la palette reste correctement appliquée contre son guidage. Cet équilibre est rompu à partir du moment ou l'anglet est tel que la réaction Rb franchit le point o. La réaction Ra cesse alors d'exister, et la palette est soumise à un couple de rotation qui la fait pivoter autour de B, phénomène qui se termine inévitablement par un coincement. Ce risque est d'autant plus réel que l'angleX critique est du même ordre de grandeur que celui qui est recherche pour obtenir l'effet de freinage. il faut donc éviter qu'il y ait un contact durable entre une palette isolée et le guidage externe. La meilleure manière d'y parvenir est de faire en sorte que ce guidage ne soit pas exactement concentrique avec le centre de rotation du convoyeur, mais legèrement divergent. Au cours de la rotation, la palette aura donc plutôt tendance à s'écarter du guidage, et, si elle entre accidentellement en contact avec lui, ce contact sera fugitif. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés dans lesquels: Les figures 1 et 2 sont des schémas utilisés pour les raisonnements précités. La figure 3 est une vue en élevation d'une structure de convoyeur de type pseudo-hlicodal descendant. La figure 3bis est une vue en plan de cette même structure. La figure 4 est une vue en plan agrandie d'une zône de rotation semi-circulaire. La figure 5 est une vue en plan schématique d'un convoyeur de liaison de conception classique reliant deux machines espacées. La figure Sbis est une vue en plan d'un convoyeur reliant les deux mêmes machines, mais organisé pour éviter la génération d'efforts importants dans les trains de palettes. Sur les figures 3 et 3bis, on voit apparattre le convoyeur, constitué d'une alternance de tronçons droits 1 et de parties semi-circulaires 2,2', l'ensemble étant supporté par un châssis 3. Les parties semi-circulaires 2,2' s'enroulent sur des tambours 4,4', les premiers étant libres en rotation et les seconds entra la nes par un arbre moteur 6 actionné par un moteur 7. Les palettes pénètrent dans la structure au niveau supérieur (flèche F1) et en sortent au niveau inférieur (flèche F2) pour alimenter la machine 8. On rencontre au total 5 rotations de 1800 et 2 rotations de 900. Si on suppose que l'entrée de la machine 8 comporte une butée d'appui des palettes, il faut éviter de soumettre celle-ci à un effort trop important qui résulterait de la poussée cumulée d'un grand nombre de palettes en accumulation sur le convoyeur. Dans ce but, selon la méthode exposée plus haut, les guidages externes des palettes équipant les zones de rotation (ici 9,9' sur des zones respectivement en demi-cercle et en quart de cercle) sont équipés d'une bande de contact réalisée dans un matériau présentant avec les palettes un coefficient de frottement approprié. Une vue en plan agrandie d'une zone de rotation (figure 4) montre cette bande de contact 10 qui peut être fixée sur le guidage 9 par tout moyen approprié, par exemple par collage. En plus de ses qualités de frottement, la bande de contact 10 devra être réalisée dans un matériau présentant une bonne résistance à l'usure, par exemple en polyuréthane. La figure 4 montre également que la bande de guidage n'est pas exactement concentrique avec le centre O de rotation du convoyeur, mais qu'elle est légèrement divergente par rapport à la circulation des palettes (cette divergence a été exagérée pour une meilleure compréhension de la figure). Cette configuration permet, comme on l'a expliqué plus haut, d'éviter qu'une palette isolée se trouve en contact prolongé avec le guidage, situation qui pourrait être génératrice de blocages. En toute rigueur, le profil du guidage devrait présenter une forme de spirale. Dans la pratique, on peut admettre une forme circulaire, avec un centre O' décalé par rapport au centre O de rotation du convoyeur. La divergence ainsi obtenue conduisant à un élargissement de la piste de circulation des palettes, il faut, une fois la rotation terminée, ramener cette piste à sa largeur normale en donnant au guidage 9 une configuration oblique en forme d'entonnoir. La bande adhérente 10 ne doit évidemment plus exister dans cette zone. La figure 5 présente une autre configuration de convoyeur reliant une machine amont 11 à une machine aval 12. Le convoyeur présente un seul changement de direction au niveau du tambour 1 4, qui est insuffisant pour neutraliser le phénomène de compression d'un train de palettes en accumulation, d'autant plus que la machine aval 12 est précédée d'un long tronçon droit 13 où le cumul de poussée des palettes peut librement s'exercer. Avec la figure 5 bis, on a recherché la neutralisation du phénomène de compression en cassant en deux endroits la trajectoire du convoyeur au moyen d'une pluralité de tambours 15,16,17,18. Les tronçons droits du convoyeur étant limités à des longueurs raisonnables, et les guidages externes équipant les virages étant équipés de la bande à forte adhérence, le cumul de poussée ne pourra pas se développer. Le fait d'avoir placé les tambours 17,18 le plus près possible de la machine aval 12 permet, si cette machine est équipée à l'entrée d'une butée escamotable, de limiter au maximum la pression sur cette butée. REVENDICATIONS 1. Convoyeur à accumulation, notamment du type à courroies ou à écailles, destiné au transport de palettes le long d'un trajet ayant des moyens de guidage (9) latéraux des palettes, caractérisé en ce que le convoyeur est équipé d'un dispositif de contrôle des forces de compression développées en des zones (9,9') prédéterminées, échelonnées le long du trajet du convoyeur et comprenant au niveau de chacune desdites zones (9,9') une bande de contact (10) agencée sur la surface extérieure du moyen de guidage (9), ladite bande (10) présentant un coefficient de frottement approprié avec les palettes véhiculées par le convoyeur. 2. Convoyeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites zones (9,9') se trouvent localisées le long des changements de direction du convoyeur, et que la forme du moyen de guidage (9) de chaque zone (9,9') est légèrement divergente par rapport à la courbe de rotation du convoyeur. 3. Convoyeur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le trajet comporte une structure pseudo-hélicoldale ayant une alternance de tronçons (1) droits obliques et de tronçons (2,2') semi-circulaires et que les tronçons semi-circulaires (2,2') sont équipés par lesdites bandes (9) à coefficient de frottement. 4. Convoyeur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque bande de contact (9) est réalisée en un matériau ayant une bonne résistance à l'usure, notamment en polyuréthane.