Brevet FR2725740A1 — publié le 19960419

Domaine Technique L'invention concerne un chargeur excavateur, comportant un équipement de travail articulé, plus précisément un dispositif permettant la commande d'un bras complexe avec un nombre de manipulateurs réduit. Art antérieur De manière connue, notamment tel qu'enseigné dans le document FR-A-2 532 671, les chargeurs excavateurs comportent un équipement de travail installé sur un châssis. Cet équipement de travail est constitué de quatre parties articulées les unes entre les autres, à savoir une flèche articulée par rapport au châssis par le vérin de flèche, un bec de flèche articulé par rapport à la flèche par un vérin de bec de flèche, un bras articulé par rapport au bec de flèche par un vérin de bras et enfin un godet ou outil articulé par rapport au bras grâce à un vérin de godet. Ainsi, un tel système à quatre vérins, comporte un nombre de degrés de liberté de quatre. A ceci, vient s'ajouter un mouvement supplémentaire constitué par la rotation de la tourelle par rapport au châssis. De manière générale, la conduite de tels engins s'effectue au moyen de deux manipulateurs installés dans la tourelle. Ces manipulateurs, mobiles longitudinalement et transversalement, permettent donc la commande de quatre degrés de liberté. Il s'ensuit donc qu'avec ce mode de conduite conventionnel, l'utilisation d'équipement de travail perfectionné tel que décrit précédemment, nécessite des aménagements. Pour piloter les cinq degrés de liberté au moyen des quatre directions des manipulateurs, il a été envisagé d'installer sur un des manipulateurs un contacteur permettant, en fonction de la sollicitation de ce dit contacteur, d'attribuer au manipulateur la commande de deux vérins distincts. Cette solution permet d'avoir accès à tous les degrés de liberté de l'engin, mais n'est pas satisfaisante car elle se distingue notoirement des modes de conduite conventionnels, ce qui peut perturber les opérateurs utilisant divers types d'engins. Il a également été envisagé d'assurer la commande d'un des vérins par une pédale, mais cette solution présente les mêmes inconvénients que la précédente. L'invention vise à pallier ces inconvénients. Description de l'Invention L'invention vise à rendre compatible à une commande conventionnelle, le pilotage d'un équipement de travail complexe, comportant plus de degrés de liberté que de positions de manipulateur accessibles. L'invention concerne un chargeur excavateur comportant: - un équipement de travail composé d'au moins trois éléments articulés et angulairement déployables les uns par rapport aux autres, le premier étant articulé par rapport au châssis, le dernier étant constitué par un outil, - des moyens permettant de commander le déplacement angulaire desdits éléments les uns par rapport aux autres, afin d'assurer le positionnement de l'outil en tous points compris à l'intérieur d'un contour d'un espace de travail déterminé, lesdits moyens comprenant: a)des vérins hydrauliques, aptes à modifier le positionnement angulaire entre deux éléments consécutifs, l'alimentation en fluide de chaque vérin étant assurée par un distributeur, b) des manipulateurs délivrant un ordre de commande actionnant les distributeurs, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de couplage des ordres de commande des distributeurs de deux des vérins permettant de les actionner simultanément par l'ordre de commande d'un seul manipulateur. Autrement dit, pour un engin comportant un nombre de vérins à commander supérieur au nombre de positions accessibles par les manipulateurs du poste de commande, l'invention consiste à alimenter simultanément deux vérins, de sorte que l'opérateur actionne ces deux vérins en une seule opération avec un seul manipulateur. En d'autres termes, on couple deux des vérins pour réduire le nombre de degrés de liberté de l'équipement de travail et le rendre égal au nombre de positions accessibles par les manipulateurs. Avantageusement, en pratique, l'actionnement simultané des deux vérins couplés est assuré par un circuit comprenant des vannes mettant en relation le circuit de commande du distributeur de l'un des vérins avec le circuit de commande du distributeur de l'autre vérin. Dans la suite de la description, l'ordre de commande est une pression mais l'invention couvre également les systèmes à commande électrique. Dans une forme de réalisation particulière, plus particulièrement adaptée à la fonction d'excavateur, les débits des distributeurs correspondant aux vérins couplés, sont réglés de manière à ce que les temps de course complète des deux vérins couplés soient égaux. En d'autres termes, dans cette forme de réalisation, les vérins couplés vont dans le même temps, de la position repliée maximale jusqu'à la position de déploiement maximal. Dans une autre forme de réalisation, plus particulièrement avantageuse pour les chargeurs, les débits des distributeurs correspondant aux vérins couplés sont réglés pour maintenir l'horizontalité de l'outil. Dans une forme de réalisation plus perfectionnée, un des deux vérins couplés est alimenté par son distributeur qui est commandé directement par le manipulateur, et la pression de commande du distributeur de l'autre vérin est élaborée par un dispositif d'asservissement en fonction des angles correspondants aux deux vérins. Dans cette forme de réalisation, le dispositif d'asservissement comprend avantageusement: - deux capteurs de position angulaire déterminant les valeurs d'angle correspondant aux vérins couplés; - un boitier calculateur élaborant un courant en fonction de la différence pondérée des valeurs issues des capteurs; - deux électrovannes modérables commandées par ledit courant, et délivrant une pression de commande au distributeur d'alimentation du vérin, chaque électrovanne commandant le déplacement du vérin dans un sens. Cette forme de commande par un dispositif de régulation permet de s'affranchir des fuites et des dérives du réglage des débits des distributeurs. En pratique, dans le cas d'un engin comportant un équipement de travail composé de trois éléments, à savoir une flèche, un balancier et un godet, on couple les vérins reliant respectivement le châssis avec la flèche et la flèche avec le balancier. De la même manière, dans le cas d'un engin comportant un équipement de travail en quatre éléments, à savoir une flèche, un bec de flèche, un bras et un godet, cet engin étant utilisé en tant qu'excavateur, on observe que les meilleurs résultats sont obtenus pour un couplage des vérins reliant respectivement la flèche avec le bec de flèche et le bec de flèche avec le bras. De même, le même engin utilisé en chargeur, donne plus particulièrement satisfaction lorsque le couplage associe les vérins reliant respectivement le bec de flèche avec le bras et le bras avec le godet. Brève description des figures La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent, ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit à l'appui des figures annexées. La figure 1 est une vue d'ensemble d'un engin mettant en évidence les différents éléments de l'équipement de travail. La figure 2 est un schéma de commande hydraulique de l'équipement selon l'invention. La figure 3 est un schéma de commande hydraulique incorporant un dispositif d'asservissement. La figure 4 est un diagramme représentant l'enveloppe des positions accessibles par l'outil, avec et sans couplage des vérins. La figure 5 est une vue d'ensemble d'un engin utilisé comme chargeur. Manière de réaliser l'invention L'invention décrite est appliquée à un engin chargeur/excavateur classique (figure 1) ou en tant que chargeur (figure 5). Un tel engin tel que schématisé à la figure 1, porte un équipement de travail en quatre éléments: une flèche (1), un bec de flèche (3), un bras (4) et un godet (5). La flèche (2) est articulée par rapport à la tourelle (6) et sa position est réglée par le vérin de flèche (7) au moyen de deux bras (8,9). Le bec de flèche (3) est relié à l'autre extrémité (10) de la flèche (2) et la position angulaire a de ces deux éléments (2,3) est réglée au moyen du vérin (11) de bec de flèche. De même, le bras (4) est relié à l'autre extrémité (12) du bec de flèche (3) et l'angle [ correspondant est fonction de la position du vérin (13) de bras. Enfin, le godet (5) est accroché au bout (17) du bras (4) et sa position est réglée par le vérin (15) de godet. Le diagramme de la figure 2 illustre le mode de réalisation le plus simple qui permet de comprendre aisément la manière dont sont commandés les différents vérins (11,13), afin d'assurer un fonctionnement soit de manière conventionnelle, chaque vérin étant commandé par un manipulateur, soit un fonctionnement conformément à l'invention o un seul manipulateur permet de commander simultanément deux vérins. Dans ce mode de réalisation, chaque vérin (11,13) est associé à un distributeur (30,31). Ce distributeur (30,31) permet d'alimenter la chambre d'élongation (32,33) et la chambre de retrait (34,35) du vérin (11,13). Tous les distributeurs (30,31) sont alimentés par une pompe (36) à débit variable entraînée par le moteur thermique de l'engin. Cette pompe (36) alimente également un bloc de réduction (40) de pression qui délivre une pression de commande (41) aux manipulateurs 42,43). Ces manipulateurs (42,43), en fonction de leur position, délivrent cette pression (41) aux différents distributeurs (30,31) auxquels ils sont associés. Les positions opposées de chaque manipulateur (42,43) engendrent des mouvements opposés des vérins (11,13) auxquels ils se rapportent. Sur la figure 2, on observe que le circuit de commande du deuxième distributeur (31) peut être alimenté soit par le manipulateur associé (43), soit par le premier manipulateur (42). Cette alternative dépend de la position des vannes (45,46). En position "non couplée", tel que représenté, le manipulateur (42) commande le distributeur (30) qui alimente le vérin (11) et le manipulateur (43) commande le distributeur (31) qui alimente le vérin (13). Dans la position "couplée", les vannes (45,46) mettent en communication, grâce aux dérivations (47,48), les circuits de commandes (37) du distributeur (30) du premier vérin (1) avec le circuit de commande (38) du distributeur (31) du deuxième vérin (13). Le manipulateur (42) alimente le distributeur (30) ainsi que le distributeur (31). Le manipulateur (43) est donc disponible pour la commande d'un autre organe. Dans cette position couplée, les deux distributeurs (30) et (31) étant commandés par la même pression, le réglage des débits est obtenu par l'effet proportionnel des tiroirs des distributeurs. Avantageusement, on choisit de régler les débits des distributeurs (30, 31) de manière à ce que les vérins (11,13) aient les mêmes temps de course complète. Celà implique que, lorsque les deux vérins (11,13) partent d'une position extrême, ils atteignent la position extrême opposée en même temps. Ce principe de commande, entièrement hydraulique, admet une dérive d'un vérin par rapport à l'autre dans le temps, qui peut être corrigée par une action de l'opérateur en ramenant les deux vérins à fond de course, ceux-ci atteignant leur butée mécanique. Cette opération arrive naturellement lors de l'utilisation de la pelle sur de grands débattements. Dans la variante de réalisation illustrée par la figure 3, en position couplée, la commande du deuxième vérin (13) se fait par un dispositif de régulation permettant de corriger les éventuelles dérives observées dans un dispositif purement hydraulique. Dans cette forme particulière, le vérin le plus chargé, c'est-à-dire fournissant le plus d'effort, est commandé de manière classique par un manipulateur (42) et un distributeur (30). En revanche, le deuxième vérin (13) est commandé par un dispositif d'asservissement constitué de deux potentiomètres (50, 51) déterminant les angles (a,3) correspondants aux vérins (11), un boitier calculateur (52) alimentant deux électrovannes modérables (53, 54), lesquelles électrovannes (53,54) commandent le distributeur (31) du second vérin (13), les actions des deux électrovannes étant opposées. Les temps de course des deux vérins (11,13) étant égaux, cela se traduit géométriquement par une relation entre les angles a et 3. Cette relation est enregistrée dans le boitier calculateur (52). Celui-ci est donc apte à comparer l'angle 3 observé avec la valeur théorique enregistrée. En fonction de cet écart et de son signe, le boitier calculateur détermine un courant (56) à appliquer à l'une ou l'autre électrovanne (53,54) qui délivre une pression (55,57) permettant de commander le distributeur (31). Ainsi, on a affaire à un véritable système asservi dans lequel les deux vérins (11,13) suivent scrupuleusement la loi de commande optimale déterminée pour donner une excursion maximale à l'outil. Cette excursion est représentée à la figure 4. Ce diagramme représente en traits pleins (70) l'enveloppe de tous les points accessibles par l'outil (1) lorsque les quatre vérins (7,11,13,15) sont actionnés indépendamment. En d'autres termes, l'intérieur de ce contour représente l'espace de travail utile. On observe à l'intérieur de cette courbe une deuxième courbe (71) en traits pointillés qui représente également l'enveloppe des points accessibles, mais dans le cas o deux des vérins sont couplés. Les vérins choisis dans ce couplage précis sont le vérin de bec (11) de flèche et le vérin de bras (13), et l'observation comparative des deux courbes (70,71) montre que la diminution d'un degré de liberté n'entraîne qu'un amoindrissement limité de l'espace de travail. Bien évidemment, un des objets de l'invention consiste à déterminer lesquels des quatre vérins (7,11,13,15) doivent être couplés pour obtenir un espace de travail acceptable. Comme on l'a vu précédemment, dans le cas d'une pelle ou excavateur, le couplage optimal est obtenu en couplant les vérins de bec de flèche (11) et de bras (13). En revanche, dans le cas d'une chargeuse illustrée à la figure 5 l'utilisation des vérins est différente. En effet, dans ce cas, la flèche (2) prend une position fixe tout le temps de l'opération, c'est-à- dire inclinée au maximum vers l'arrière, repliée sur la tourelle (6). Les opérations de chargement ont lieu par le mouvement du bec de flèche (3) du bras (4) et du godet (5). Les meilleurs résultats ont été obtenus en couplant le vérin de bras (13) et le vérin de godet (15), ceci pour maintenir l'horizontalité du godet. Dans ce cas précis, les vérins (13,15) respectent une loi de mouvement différente de celle déjà observée, c'est-à-dire que leur course complète ne s'opère pas dans le même temps, mais suit une loi qui garde constant l'angle du godet avec l'horizontale. De la même manière que précédemment, les débits des distributeurs correspondants sont adaptés et calculés pour obtenir ce résultat. De cette manière, la commande par un seul manipulateur, permet de maintenir l'horizontalité du godet sans avoir à faire des corrections manuelles tels que les systèmes actuels l'obligent. Les exemples décrits précédemment concernent des engins comportant des équipements de travail à quatre éléments, mais il est bien évident que les moyens mis en oeuvre peuvent également l'être pour des équipements à trois éléments seulement, ce qui permettrait de réduire le nombre de manipulateurs nécessaires à la conduite, et donc de simplifier celle-ci. I1 ressort de la description qui précède que les chargeurs excavateurs selon l'invention présentent des avantages certains. D'une part, ils permettent d'utiliser un équipement de travail complexe comportant une multitude de degrés de liberté, tout en étant compatibles avec des postes de conduite traditionnelle à deux manipulateurs à double commande. D'autre part, ils simplifient nettement la conduite d'engins perfectionnés en assurant automatiquement le positionnement relatif des vérins, éliminant par là des opérations manuelles délicates, tout en gardant la possibilité d'uen commande individuelle de chaque vérin. REVENDICATIONS 1/ Chargeur-excavateur comportant: - un équipement de travail (1) composé d'au moins trois éléments (2,3,4,5) articulés et angulairement déployables les uns par rapport aux autres, le premier (2) étant articulé par rapport au châssis (6), le dernier (5) étant constitué par un outil, - des moyens permettant de commander le déplacement angulaire desdits éléments (2,3,4,5) les uns par rapport aux autres, afin d'assurer le positionnement de l'outil en tous points compris à l'intérieur d'un contour d'un espace de travail déterminé, lesdits moyens comprenant: a)des vérins hydrauliques (7,11,13,15), aptes à modifier le positionnement angulaire entre deux éléments consécutifs, l'alimentation en fluide de chaque vérin (7,11,13,15) étant assurée par un distributeur (30,31), b)des manipulateurs (42,43) délivrant un ordre de commande actionnant les distributeurs (30,31), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de couplage (45,46), des ordres de commande des distributeurs de deux des vérins (11,13)-(13,15) permettant de les actionner simultanément par l'ordre de commande d'un seul manipulateur (42). 2/ Chargeur-excavateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de couplage sont constitués par un circuit (47,48) comprenant des vannes (45,46) mettant en relation le circuit de commande du distributeur (30) de l'un des vérins (11) avec le circuit de commande du distributeur (31) de l'autre vérin (13). 3/ Chargeur-excavateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les débits des distributeurs (30,31) correspondant aux vérins couplés (11,13), sont réglés de manière à ce que les temps de course complète des deux vérins (11,13) couplés soient égaux. 4/ Chargeur-excavateur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les débits des distributeurs (30,31) sont réglés pour maintenir l'horizontalité de l'outil (5). 5/ Chargeur-excavateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de couplage sont constitués par un ensemble d'asservissement (59) élaborant l'ordre de commande (55) du distributeur (31) d'un des vérins (13) en fonction des angles (ac, P) correspondants aux deux vérins (11,13). 6/ Chargeur-excavateur selon la revendication 5, caractérisé en ce l'ensemble d'asservissement comprend: - deux capteurs (50,51) de position angulaire déterminant les valeurs (a,P) d'angle correspondant aux vérins couplés (11,13); - un boitier calculateur (52) élaborant un courant (56) en fonction de la différence pondérée des valeurs issues des capteurs (50,51); - deux électrovannes (53,54) modérables commandées par ledit courant (56), et délivrant une pression de commande (55) au distributeur (31) d'alimentation du vérin (13), chaque électrovanne (53,54) commandant le déplacement du vérin dans un sens. 7/ Chargeur-excavateur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'équipement de travail est composé de trois éléments, à savoir une flèche, un balancier et un godet, les vérins reliant respectivement le châssis avec la flèche et la flèche avec le balancier, étant couplés. 8/ Chargeur-excavateur selon l'une des revendications 1 à 6, utilisé comme excavateur, caractérisé en ce que l'équipement de travail est composé de quatre éléments, à savoir une flèche (2), un bec de flèche (3), un bras (4) et un godet (5), les vérins (11,13) reliant respectivement la flèche (2) et le bec de flèche (3) et le bec de flèche (3) avec le bras (4), étant couplés. 9/ Chargeur-excavateur selon l'une des revendications 1 à 6, utilisé comme chargeur, caractérisé en ce que l'équipement de travail (1) est composé de quatre éléments, à savoir une flèche (2), un bec de flèche (3), un bras (4) et un godet (5), les vérins (13,15) reliant respectivement le bec de flèche (3) avec le bras (4) et le bras (4) avec le godet (5), étant couplé.