Brevet FR2708687A1 — publié le 19950210

DISPOSITIF TELESCOPIQUE D'ACCOUPLEMENT MECANIQUE A COURSE RECTILIGNE VERROUILLABLE La présente invention concerne le domaine des accouplements mécaniques entre un actionneur et un organe mobile dont il convient de commander le déplacement sur une course déterminée ou encore dont il convient de neutraliser temporairement le déplacement relatif par rapport à une référence fixe ou encore un autre organe mobile. L'objet de l'invention concerne les dispositifs qui sont généralement prévus pour accoupler ou désaccoupler, à volonté, au moins un organe mobile par rapport à un autre organe. Dans le domaine technique ci-dessus, un grand nombre de propositions ont été formulées pour résoudre le problème de la commande d'accouplement ou de désaccouplement d'organe mobile. L'objet de l'invention ne concerne que les dispositifs du genre ci-dessus pouvant être qualifiés de mécaniques par opposition à ceux faisant intervenir des systèmes à commande électrique ou hydraulique. Les dispositifs mécaniques de l'art antérieur font généralement intervenir deux ensembles déplaçables relativement d'une manière ou d'une autre et qui sont liés, lors de la nécessité d'accouplement, par une broche ou un système analogue dont la mise en place ou l'enlèvement même assisté est le plus souvent délicat en raison de l'exigence d'alignement précis qu'il convient de respecter entre les deux ensembles déplaçables. On peut certes améliorer une telle mise en place en augmentant les jeux entre les logements de réception des broches ou analogues mais, en réalité, ceci pose alors un problème d'alignement rigoureux entre les positions relatives des ensembles. L'art antérieur connaît aussi les systèmes à broche conique qui souffrent de deux inconvénients tenant au fait que si l'angle au centre du cône est faible le débrochage est difficile sinon impossible et que si l'angle au centre est grand un débrochage intempestif peut intervenir. Les inconvénients ci-dessus sont encore accrus dans les systèmes articulés qui doivent être rendus actifs ou encore neutralisés à distance en raison de leur inaccessibilité ou de l'environnement fonctionnel dangereux pour un opérateur. L'objet de l'invention vise à remédier aux inconvénients ci-dessus et propose un dispositif télescopique d'accouplement mécanique du type à course rectiligne, dont la mise en et hors service peut être commandée à distance, en toute fiabilité, sans même exiger une mise à l'arrêt du système général articulé ou fonctionnel dans lequel un tel dispositif est implanté. Un autre objet de l'invention est de proposer un dispositif télescopique d'accouplement mécanique à commande de déverrouillage assistée et à même d'assurer une fonction d'accouplement positif, même dans le cas où l'énergie de commande à distance vient à faire défaut pour une raison quelconque de fourniture, d'acheminement, voire de réception par le dispositif. Un autre objet de l'invention est de proposer un dispositif télescopique d'accouplement mécanique qui puisse être qualifié de relativement simple, de robuste et d'entretien particulièrement aisé. Pour atteindre les objectifs ci-dessus, le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend: - un cylindre présentant sur sa paroi interne au moins une empreinte négative définie selon un plan transversal à l'axe du cylindre, - une chemise tubulaire fermée coulissant dans le cylindre, présentant dans son épaisseur au moins une série de logements traversants occupés par des organes de verrouillage mobiles, - et un piston coulissant dans la chemise, délimitant dans cette dernière une chambre en relation avec un circuit de fluide sous pression, présentant, pour chaque organe de verrouillage, au moins une rampe conique et apte à occuper, par un ressort de rappel et par admission de fluide sous pression dans la chambre, deux positions stables dans lesquelles respectivement les rampes sollicitent les organes de verrouillage, soit en extension partielle hors de la chemise pour coopérer avec l'empreinte négative dans laquelle ils pénètrent pour lier axialement le cylindre et la chemise, soit en effacement total dans les logements pour libérer le coulissement télescopique entre le cylindre et la chemise. L'invention a encore pour objet l'application du dispositif au verrouillagedéverrouillage de la course d'un organe mobile par rapport à un point fixe ou encore à un autre organe mobile et, plus particulièrement celle dans laquelle le dispositif assume une fonction de verrouillage-déverrouillage d'un train directeur d'un engin mobile. Diverses autres caractéristiques ressortent de description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une coupe-élévation du dispositif conforme à l'invention. La fig. 2 est une coupe-élévation partielle analogue à la fig. 1 mais montrant une autre position caractéristique de certains des organes du dispositif. Les fig. 3 et 4 sont des schémas illustratifs d'application. La fig. 5 est une vue en plan montrant une application préférée de l'objet de l'invention. Selon la fig. 1, le dispositif télescopique d'accouplement mécanique, à course rectiligne verrouillable, désigné dans son ensemble par la référence 1, est destiné à être interposé entre un organe de référence 2, qui peut être fixe ou mobile, et un organe mobile 3 qu'il convient de pouvoir accoupler ou désaccoupler de l'organe 2. Le dispositif 1 comprend un cylindre 4 tubulaire dont une extremité est pourvue d'un flasque de fermeture 5 à position éventuellement règlable. Le flasque 5 est prolongé extérieurement par un embout 6 de liaison avec l'organe mobile 3. Dans le cas présent, l'embout 6 est illustré sous la forme d'une partie axiale filetée mais il doit être considéré que toute forme ou organe de liaison acceptable peut être substitué. Pour des raisons qui ressortent de ce qui suit, l'embout 6 et le flasque 5 comportent axialement un alésage 7 traversant. Le cylindre 4 comporte au droit de sa seconde extremité, ouverte, une garniture racleuse 8 démontable dont la fonction apparaîtra dans ce qui suit. Le cylindre 4 présente dans sa surface périphérique interne au moins une empreinte négative 9 ouverte établie sur un plan transversal P-P' perpendiculaire à l'axe x-x' du cylindre 4. L'empreinte 9 est, de préférence, constituée par une gorge périphérique continue présentant en section droite transversale un fond circulaire dont la profondeur est inférieure au rayon. I1 doit être considéré que le cylindre 4 peut comporter plusieurs empreintes 9 qui sont alors décalées selon des plans transversaux respectifs au moins éloignés l'un de l'autre d'une mesure axiale égale à la largeur de l'empreinte 9. Le dispositif 1 comprend, par ailleurs, une chemise 10 tubulaire cylindrique dont le diamètre extérieur est choisi pour autonser un guidage et un coulissement libre sans jeu à l'intérieur du cylindre 4. Le coulissement axial de la chemise 10 fait alors intervenir une coopération entre la surface extérieure périphérique de la chemise 10 et la garniture racleuse 8. La chemise 10 est fermée à son extrémité transversale interne au cylindre 4 par un fond il démontable qui, pour des raisons qui ressortent de ce qui suit, présente en son centre un alésage axial traversant 12. La chemise 10 présente une longueur axiale telle, que dans l'état de butée contre le flasque 5, comme illustré par la fît.1, la partie terminale 13, opposée au fond 11, se trouve située hors du cylindre 4 et au-delà de la garniture 8. La partie terminale 13 est fermée par un flasque 14 qui forme ou comporte un organe 15 apte à la liaison avec l'organe 2. L'organe 15 peut être constitué aussi par une partie filetée et présente avantageusement un alésage axial traversant 16 dont la fonction apparaît dans ce qui suit. Le flasque 14 est pourvu d'un raccord 17 permettant la liaison avec un circuit 18 de fourniture d'un fluide sous pression, de préférence, de l'air comprimé, susceptible de pouvoir être introduit à l'intérieur de la chemise 10 par un passage 19 ménagé dans le flasque 14. La chemise 10 comporte, entre le fond 11 et un épaulement de butée 20 qu'elle présente, au moins un logement 21 traversant, d'orientation radiale, occupé par un organe de blocage 22 libre de se déplacer dans le logement 21. De préférence, l'organe de blocage est constitué par une bille et la chemise comporte n logements 21 qui sont répartis de façon équidistante angulairement. Les billes 22 possèdent un rayon qui est égal à celui déterminant l'empreinte 9. La position des organes de blocage 22 est affectée à un plan transversal pp' perpendiculaire à l'axe x-x' et situé entre le fond 11 et l'épaulement 20 en étant hors coïncidence avec le plan P-P' ou les plans similaires parallèles, dans la position de butée du fond 11 contre le flasque 5. Le dispositif comprend, par ailleurs, un piston 30 qui est monté de manière à coulisser dans un chambrage 31 délimité par la surface intérieure périphérique de la chemise 10 entre le fond Il et l'épaulement 20. Le piston 30 définit ainsi avec le flasque 14 une chambre étanche à volume variable 32 apte à admettre le fluide sous pression fourni par le circuit 18. Le piston 30 est associé à un organe élastique 33, tel qu'un ressort hélicoïdal, interposé entre le piston et le fond 11 en étant placé sous contrainte de manière à solliciter toujours le déplacement du piston 30 en direction de/et jusqu'en appui contre l'épaulement 20. Le piston 30 comporte, à sa périphérie et pour chaque organe de verrouillage 22, un méplat 34 suivi d'une rampe conique 35 qui peuvent être propres à chaque organe 22 en étant constitués sous la forme d'une saignée ou alors communs à ces organes en étant alors réalisés sous la forme d'une portée cylindrique décolletée suivie d'une portée tronconique périphérique. Dans tous les cas, le méplat 34 et la rampe conique 35 sont déterminés pour provoquer le déplacement radial de chaque organe 22 sur une plage comprise entre deux positions extrêmes dans l'une desquelles chaque organe 22 peut faire saillie hors de la surface périphérique extérieure de la chemise 10 d'une mesure correspondant à la profondeur de l'empreinte 9 comme cela apparaît à la fig. 2, alors que dans l'autre desquelles, il est complètement effacé à l'intérieur de la chemise 20, comme illustré à la fig. 1. Ces deux positions extrêmes correspondent respectivement à une butée du piston contre l'épaulement 20 et à une butée du piston contre le fond 11. De manière connue, le piston 30 comporte au moins une garniture d'étanchéité 36 destinée à isoler la chambre 32. Le dispositif décrit ci-dessus fonctionne de la façon suivante. Dans l'état selon la fig. 1, il est considéré que du fluide sous pression est introduit dans la chambre 32 avec pour effet de plaquer le piston 30 contre le fond 11, de telle sorte que les organes de blocage 22 se trouvent effacés à l'intérieur de la chemise 10. Dans cet état, le ressort 33 est mis sous compression maximale. Un déplacement imposé à l'un ou à l'autre des organes 2 ou 3 dans le sens des flèches fi ou f2 se traduit par un coulissement relatif libre entre la chemise 10 et le cylindre 4. Le dispositif occupe un état télescopique déverrouillé et n'établit aucune liaison positive entre les organes 2 et 3. Dans cet état, le dispositif offre une liberté de déplacement relatif qui est, bien entendu, conditionnée par la longueur utile de coulissement télescopique autorisée entre le cylindre 4 et la chemise 10. A cet effet, et bien que cela ne soit pas représenté, il peut être prévu d'interposer entre le cylindre 4 et la chemise 10 des moyens limitant la course d'extension relative. Lorsqu'un verrouillage positif doit être assuré en vue de réaliser l'accouplement entre les organes 2 et 3, la chambre 32 est mise en relation avec la partie échappement du circuit 18, de manière que l'action du ressort 33 devienne prépondérante et tende à repousser le piston 30 en direction de l'épaulement 20. A partir de la position, selon la fig. 1, le piston 30 ne connaît, toutefois, aucun déplacement dans le sens de la flèche f3, étant donné que les rampes 35 ne sont pas à même de repousser extérieurement les organes de verrouillage 22 qui sont appliqués contre la face périphérique interne du cylindre 4. Un déplacement relatif en course d'extension peut donc intervenir librement entre les organes 2 et 3 jusqu'au moment où le plan pp' est amené au voisinage de l'empreinte 9 sans pour autant obligatoirement coïncider exactement avec le plan P-P'. Dans cette situation, les billes peuvent être sollicitées en course d'extension radiale par les rampes 35 du piston 30 poussé par le ressort 33. Ceci réalise l'engagement des différents organes 22 dans l'empreinte 9 avec un verrouillage positif complètement établi de façon automatique lorsque le piston 30 est en butée contre l'épaulement 20, comme cela est illustré par la fig. 2 et que les billes prennent appui alors sur les méplats 34. Le déplacement relatif télescopique est alors interdit entre le cylindre 4 et la chemise 10 qui sont placés dans un état d'accouplement verrouillé solidarisant les organes 2 et 3. Pour libérer l'accouplement mécanique positif qui est ainsi réalisé, il est nécessaire de réintroduire dans la chambre 32 du fluide sous pression pour repousser le piston 30 contre le fond 11 et permettre, par le déplacement relatif des méplats 34 et des rampes 35, l'effacement des organes de blocage 22 à l'intérieur de la chemise 10 qui peut alors être déplacée librement par coulissement télescopique par rapport au cylindre 4. Comme cela a été précisé initialement, le cylindre 4 peut comporter plusieurs empreintes 9 décalées axialement, de sorte que plusieurs positions d'accouplement mécanique verrouillé selon des longueurs différentes peuvent intervenir entre le cylindre 4 et la chemise 10. Le déplacement du piston 30 peut intervenir librement sans création de contre-pression par rapport au fond 11 en raison de la présence de l'alésage 12 de ce dernier et aussi d'une possible mise en relation avec le milieu environnant par l'alésage 7. Selon un développement de l'invention, le piston 30 est prolongé par une tige de piston 40 qui est guidée par sa partie terminale 41 dans un palier 42 présenté par le flasque 14. Le palier 42 débouche dans une cavité 43 dans laquelle est placé au moins un capteur de position 44 qui est disposé pour ne pas être influencé par la partie terminale 41 dans la position du piston 30 en appui contre le fond 11. Lorsque le piston 30 est poussé par le ressort 33 en position de butée correspondant à un verrouillage établi, la partie terminale 41 influence le capteur 44 qui est à même de délivrer un signal exploitable correspondant à la définition de l'état verrouillé. ll convient de noter que le passage axial 16 débouche dans la cavité 43 de manière à éviter une mise en pression relative lors de la pénétration de la partie terminale 41 de la tige 40. Le dispositif, décrit ci-dessus, permet donc de réaliser un accouplement mécanique à course rectiligne, verrouillable et déverrouillable à volonté, à partir d'une énergie fluidique sous pression qui permet d'assurer une commande à distance en course de déverrouillage pour obtenir l'établissement d'un verrouillage positif mécanique automatique par l'intermédiaire de la réaction antagoniste du ressort 33. Le dispositif, selon l'invention, est de construction simple et robuste et permet, le cas échéant, d'assurer un verrouillage mécanique d'accouplement selon l'une quelconque de plusieurs longueurs possibles, lorsque le cylindre 4 est pourvu intérieurement de plusieurs empreintes 9 décalées transversalement. Le dispositif, selon l'invention, trouve de nombreuses applications dans des domaines techniques dans lesquels il est nécessaire d'établir, comme cela est par exemple illustré par la fig. 3, une possibilité d'accouplement ou de désaccouplement entre un organe mobile 50, tel qu'une coulisse susceptible d'être actionnée, par exemple, en course alternative rectiligne par un actionneur 51 tel qu'un vérin hydraulique, à simple ou double effet, qui peut, bien entendu, être indifféremment assimilé à l'organe 2 ouà l'organe 3 selon la fig. 1 en étant solidarisé avec l'embout 16 ou 6. Dans une telle application, le dispositif 1 est solidaire d'un organe mobile 52 qui doit pouvoir être, soit neutralisé en déplacement tout en laissant subsister celui de la coulisse 50, soit encore être actionné simultanément à cette dernière. L'organe mobile 52 peut être lié à l'organe 2 ou 3, comme dit précédemment. La fig. 4 montre une application de même ordre dans laquelle le déplacement devant être généré est du type angulaire en étant appliqué à une manivelle 53 tournant sur un axe, un arbre ou dans un palier 54 en étant commandée directement par l'actionneur 51. Le dispositif 1, selon l'invention, est interposé entre la manivelle 53 et un organe mobile 52 qui peut, par exemple, être commandé en déplacement synchrone de type angulaire ou rectiligne indifféremment. La fig. 5 illustre un exemple d'application préférée à la fonction de verrouillage-deverrouillage d'un train directeur 60 d'un engin mobile, tel qu'un engin de travaux publics. Un tel train comporte un pont moteur 61 sur lequel sont adaptés les pivots 62a et 62b de deux moyeux 63a et 63b de roues motrices et directrices. La commande de direction est assurée, par exemple, par un vérin hydraulique 64 agissant sur une bielle de direction principale 65a liée au moyeu qui comporte, par ailleurs, un bras secondaire 66a attelé par une bielle d'accouplement 67 au bras 66b homologue de la seconde roue 63b. Comme la roue 63a, la roue 63b est munie d'une bielle de direction 6Sb qui est liée à un dispositif 1, selon l'invention, fixé, par ailleurs, tout comme le vérin 64, à une structure fixe de référence 68 portée par le pont 61. Le dispositif 1 peut être monté de telle manière que le cylindre 4 soit lié à la bielle de direction 65b alors que la chemise 10 est fixée sur la structure 68. Un montage inverse peut aussi être envisagé. Dans une position de verrouillage, du type de celle représentée à la fig. 5, et à supposer que le dispositif 1 soit verrouillé, les bielles de direction, la barre d'accouplement et l'ensemble vérin 64 et dispositif 1 constituent un parallélogramme non déformable, étant donné qu'une action d'alimentation sur le vérin 64 ne peut se traduire par aucune déformation télescopique du dispositif 1. Cette position d'accouplement verrouillée correspond à un alignement des roues 63a et 63b avec le plan parallèle antéro-postérieur ou de déplacement du véhicule en trace directe. L'essieu ou le train 61 est alors bloqué dans un état de roulement en trace directe sans aucune possibilité d'utilisation en tant que train directeur comme, par exemple, cela peut être rendu nécessaire en cas d'évolution sur route. Lorsque le dispositif 1 est alimenté par le circuit 18 pour provoquer le déplacement du piston 30 entraînant l'effacement des organes de blocage 22, alors, une commande par l'intermédiaire du vérin 64 se traduit par un pivotement de la roue 63a transmis par l'intermédiaire de la barre d'accouplement 67 directement à la roue homologue 63b qui pivote dans le même sens, puisque le coulissement télescopique est autorisé entre le cylindre 4 et la chemise 10. Dans un tel état, le train 60 peut alors assumer une fonction directrice tel que cela peut être requis en évolution sur site. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses autres modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS: 1 - Dispositif télescopique d'accouplement mécanique à course rectiligne verrouillable caractérisé en ce qu'il comprend: - un cylindre (4) présentant sur sa paroi interne au moins une empreinte (9) négative définie selon un plan (P-P') transversal à l'axe du cylindre (x-x'), - une chemise tubulaire fermée (10) coulissant dans le cylindre et présentant dans son épaisseur au moins une série de logements traversants (21) occupés par des organes de verrouillage mobiles (22), - et un piston (30) coulissant dans la chemise, délimitant dans cette dernière une chambre (32) en relation avec un circuit de fluide sous pression (18), présentant, pour chaque organe de verrouillage, au moins une rampe conique (35) et apte à occuper, par un ressort de rappel (33) et par admission de fluide sous pression dans la chambre (32), deux positions stables dans lesquelles respectivement les rampes (35) sollicitent les organes de verrouillage (22), soit en extension partielle hors de la chemise pour coopérer avec l'empreinte négative dans laquelle ils pénètrent pour lier axialement le cylindre et la chemise, soit en effacement total dans les logements pour libérer le coulissement télescopique entre le cylindre et la chemise. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque empreinte négative (9) est constituée par une gorge périphérique ouverte présentant en section droite transversale un fond circulaire. 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les organes de verrouillage (22) sont constitués par des billes. 4 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la rampe (35) détermine pour l'organe de blocage (22) une course de déplacement radial égale à la profondeur de l'empreinte. 5 - Dispositif selon la revendication 1 ou 4, caractérisé en ce que la rampe (35) conique est propre à chaque organe de verrouillage. 6 - Dispositif selon la revendication 1 ou 4, caractérisé en ce que la rampe conique (35) est commune aux organes de verrouillage et se trouve constituée par une portée tronconique. 7 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston (30) est monté dans la chemise entre un fond transversal (11) et un épaulement de butée (20) déterminant ses deux positions stables. 8 - Dispositif selon la revendication 1 ou 7, caractérisé en ce que le piston (30) est associé à un ressort de rappel (33) prenant appui sur le fond (11) pour solliciter toujours le piston en direction de l'épaulement (20) à l'encontre de l'action du fluide sous pression admis dans la chambre (32). 9 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cylindre (4) est fermé à une extremité par un embout de liaison (6) déterminant une butée de coulissement en rétraction pour la chemise qui est fermée, à son extrémité extérieure au cylindre, par un embout de liaison (14) sur lequel est adapté un raccord (17) de liaison avec le circuit (18). 10 - Dispositif selon la revendication 1 ou 9, caractérisé en ce que le cylindre (4) est pourvu, à son extrémité ouverte opposée à l'embout de liaison, d'une garniture racleuse (8) coopérant avec la surface périphérique de la chemise. 11 - Dispositif selon la revendication 1 ou 8, caractérisé en ce que le piston (30) est prolongé par une tige (40) coopérant avec un capteur de position (44) apte à déterminer au moins l'une des positions stables du piston. 12 - Dispositif selon la revendication 1, 8 ou 1 1 caractérisé en ce que la tige de piston (40) est guidée en coulissement dans un palier (42) présenté par le flasque (14) de la chemise et s'ouvrant dans un chambrage (43) dans lequel au moins un capteur de position (44) est adapté. 13 - Application du dispositif selon l'une des revendications 1 à 12 au verrouillage-déverrouillage de la course d'un organe mobile par rapport à un point fixe et dans laquelle ledit dispositif est interposé entre le point fixe et directement ou indirectement l'organe mobile. 14 - Application selon la revendication 13 dans laquelle le dispositif assume une fonction de verrouillage-déverrouillage d'un train directeur d'un engin mobile.