Brevet FR2725928A1 — publié le 19960426

L'invention se rapporte au domaine des véhicules terrestres, en particulier du type engin porte-outil, utilisés notamment dans les chantiers ou les carrières. De manière classique, des véhicules porte-outil de ce type comprennent un châssis, généralement motorisé, équipé d'un bras le plus souvent orientable en site (verticalement) et en gisement (horizontalement). Ce bras est habituellement terminé par une tête articulée destinée à porter l'outil. Cette tête comporte normalement deux axes de rotation pour l'orientation de l'outil dans deux plans sécants (sensiblement normaux). L'invention a pour objet de perfectionner de tels véhicules et tout particulièrement leur tête porte-outil. Habituellement, l'outil est positionné par rapport à sa surface de travail, en orientant le châssis de l'engin, le bras et/ou en articulant la tête, cette surface de travail étant par exemple le sol ou une paroi sensiblement verticale face à laquelle est placé le véhicule. Cependant, lorsque l'espace de travail est relativement restreint, ces véhicules n'apparaissent plus toujours adaptés pour orienter correctement l'outil, compte tenu en particulier des contraintes de positionnement liées à l'encombrement de l'outil lui-même et du véhicule porteur. Tel est par exemple le cas dans un tunnel, où un véhicule du type précité peut s'avérer inadapté pour maintenir l'outil en une position sensiblement normale à la surface à travailler lorsque celle-ci est la paroi du tunnel (pied ou cintre du tunnel). Dans ces conditions, il s'avère parfois nécessaire de changer de véhicule-support en fonction de la taille de l'espace de travail, voire d'utiliser un outil plus petit, orientable directement par son utilisateur qui le porte (ou le soutient). Cela entraîne des inconvénients que l'on imagine tels que l'allongement de la durée des opérations qui deviennent plus fastidieuses et coûteuses. L'invention se propose de résoudre ce problème de soutien et d'orientation d'un outil dans une position de travail, ceci en tenant compte des problèmes corollaires de simplicité et d'efficacité de fonctionnement du support de l'outil, sans oublier les règles d'économie et de fiabilité pour la réalisation de ce support de l'outil. Pour cela, le demandeur s'est attaché à perfectionner la tête du véhicule porteur, de sorte qu'elle comprenne conformément à l'invention - des premiers moyens d'articulation, propres à coopérer avec des moyens complémentaires du véhicule, pour la rotation de l'outil autour d'un premier axe de rotation, - des seconds moyens d'articulation pour la rotation de l'outil autour d'un second axe de rotation, et - des troisièmes moyens d'articulation pour la rotation de l'outil autour d'un troisième axe de rotation, chaque axe étant sécant aux deux autres. L'invention décrite se distingue de l'approche antérieure classique qui consistait à éviter d'utiliser des machines multi-usages relativement encombrantes dans des endroits exigus, au bénéfice de machines plus petites. Avantageusement, la tête présente une structure particulièrement simple, compact et économique en comprenant - un organe d'articulation et de liaison au bras du véhicule, comportant un premier arbre lié fixement à un premier corps creux lequel est propre à s'étendre sensiblement suivant le troisième axe ; ce premier arbre étant propre à s'étendre sensiblement suivant le premier axe et à tourner dans au moins un palier dudit bras, - un organe intermédiaire d'articulation comportant un second corps creux de réception, propre à s'étendre sensiblement suivant le second axe et lié fixement à un second arbre transversal, ce second arbre et le premier corps creux étant propres à s'imbriquer, pour former l'articulation autour du troisième axe, et - un organe d'articulation porte-outil comportant un troisième arbre, ce troisième arbre et le second corps creux étant propres à s'imbriquer, pour former l'articulation autour du second axe. L'invention se rapporte également à un véhicule porte-outil comprenant un bras orientable en site et en gisement auquel est fixée la tête articulée précitée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique d'ensemble du véhicule de l'invention, - la figure 2 est une vue du dessus, schématique et agrandie, faite selon la flèche II de la figure 1, illustrant essentiellement la tête fixée au bras du véhicule, - la figure 3 est une vue en partie en coupe faite selon les flèches III-III de la figure 2, - la figure 4 est une vue plus petite, avec une partie en coupe, faite selon la flèche IV de la figure 2, - la figure 5 est une vue plus petite, schématique et partielle, faite selon les flèches V-V de la figure 2, - la figure 6 est une vue de face et schématique, faite de la machine de la figure 1 en position dans un tunnel, - la figure 7 est une vue faite selon les flèches VII-VII de la figure 6, et - la figure 8 est une vue agrandie d'une cavité réalisée dans la paroi du tunnel de la figure 6. La figure 1 représente un véhicule porte-outil 1, qui comprend un châssis autonome motorisé 2, et un bras ou flèche 4, fixé(e) au châssis. Ce bras télescopique est orientable à la fois en site (verticalement, autour de l'axe 6) et en gisement (horizontalement, autour de l'axe 8). Une tête articulée 10 est liée à l'extrémité libre 4a du bras 4. Elle comprend une pièce 12 pour l'assemblage d'un outil avec la tête, tel qu'un perforateur, un appareil pour réaliser des carottages ou encore un dispositif 14 pour la coupe d'une surface dans le bloc de matière 16 à côté duquel est ici disposée la machine 1. La pièce de soutien 12 comprend en l'espèce un corps tubulaire allongé 15 (suivant un axe 13), le long duquel est fixé l'outil 14, de préférence de manière glissante, grâce à tous moyens de fixation autorisant le déplacement axial de l'outil. Le dispositif 14, schématisé figure 1, comprend notamment un bâti (ici constitué essentiellement par une colonne 17 d'axe 35), un câble 19 propre à couper le bloc 16 de matière (par exemple béton ou roche) et formant ici une boucle continue, un organe-support 21 du câble qui est monté sur la colonne 17 (avec possibilité de déplacement axial), des moyens d'entraînement de la boucle dans un mouvement circulaire et de tension du câble (tels la poulie 33 et le vérin 37) et des moyens de déplacement du câble à travers le bloc, tels le chariot 23. L'organe-support comprend deux bras porteurs 21a et 21b du câble et des poulies de guidage 25a et 25b, ou équivalent, liées aux bras (ici vers leur extrémité) pour qu'une partie frontale 27 du câble s'étende entre ces bras 21a et 21b et soit propre à venir la première au contact de la matière du bloc 16 pour le couper. Les figures 2 à 5 détaillent la tête 10 qui est articulée par rapport à trois axes d'articulation 18, 20 et 22, pour le positionnement correct de l'outil 14 dans sa zone de travail. Chacune de ces droites est sécante (de préférence sensiblement perpendiculaire) aux deux autres, la droite 18 étant ici sensiblement horizontale et normale au plan contenant la flèche 4. Cette tête comprend tout d'abord des premiers moyens d'articulation propres à coopérer avec des moyens complémentaires de la flèche 4, pour la rotation de l'outil 14 autour de l'axe 18 et avantageusement pour la fixation de la tête 10 à l'extrémité 4a du bras orientable. Ces premiers moyens comprennent ici un organe 24 pour la fixation et l'articulation de la tête à la flèche, cet organe comportant un arbre ou axe 26, étendu sensiblement suivant la droite 18 et un corps creux ou manchon 28 ici ouvert de part en part. Cet arbre 26 est lié fixement, ici à l'une de ses extrémités, au manchon de réception 28 qui s'étend sensiblement suivant la droite 22. En l'espèce, deux paliers 30 et 32 dans lesquels peut tourner l'arbre 26 sont formés à l'extrémité de la flèche 4 qui présente une forme de fourche 34. En variante, on pourrait envisager une inversion de structure entre les premiers moyens d'articulation et leurs moyens complémentaires, l'extrémité du bras 4 comportant un arbre porté par au moins un palier prévu sur l'organe 24. D'après la figure 3, la tête 10 comporte des moyens de commande en rotation relative de l'organe 24 par rapport à la fourche 34, tels un premier vérin 36 dont le corps 38 est fixé à la flèche 4 et dont le bras 40 est relié à l'organe 24, par l'intermédiaire d'un système de bielles. Ce système comprend en l'espèce au moins une première bielle 42 et au moins une seconde bielle 46 articulées entre elles, en 48, en étant disposées ici sensiblement parallèlement au plan contenant la flèche 4. La bielle 42 est liée à l'une de ses extrémités (en 43) au bras 40 du vérin et est articulée à son extrémité opposée sur la flèche 4, autour d'un point fixe 44. La seconde bielle 46 est articulée, à son extrémité opposée à l'extrémité 48, à l'organe 24, par l'intermédiaire d'oreilles de fixation 50. La tête 10 comporte également un organe intermédiaire 52 pour la liaison articulée de l'organe 24 avec la pièce 12 porte-outil. Cette pièce 12 est imbriquée avec l'organe de jonction 52, lequel est imbriqué avec le premier organe 24. Plus précisément, l'organe intermédiaire 52 comprend un corps creux allongé ou fourreau 56, ici ouvert de part en part, et un arbre 58 lié fixement (ici soudé) au fourreau, sur la face extérieure de ce dernier. Cet arbre 58 est disposé transversalement au corps de réception 56 et, tel qu'illustré, sensiblement perpendiculairement, ce corps 56 étant propre à être disposé le long de l'axe 20. Le manchon 28 de l'organe 24 coopère avec l'arbre 58 pour constituer essentiellement les troisièmes moyens d'articulation de l'outil 14 autour de la droite 22. Ce manchon 28 reçoit intérieurement, et de préférence relativement étroitement, l'arbre 58 qui est libre de tourner dans ce manchon. Un capuchon 60 de fixation vient fermer l'une des extrémités du manchon de réception et y maintient l'arbre 58 (qui ne peut pas se déplacer en translation). Des moyens de fixation connus, tels que les vis 62 vissées dans l'axe 58, maintiennent le capuchon lié à l'arbre 58. Quant à la pièce porte-outil 12, elle comprend un arbre 64 lié fixement (soudé) au corps 15, en s'étendant transversalement et de préférence sensiblement perpendiculairement à ce corps. Cet arbre 64 et son manchon de réception 56 de l'organe de jonction 52 constituent essentiellement des seconds moyens d'articulation autour de la droite 20. L'arbre 64 est monté à l'intérieur du manchon 56 et y est maintenu mobile en rotation (sans translation), grâce à un capuchon de fixation 82. Ce capuchon vient fermer une extrémité du corps creux 56 et est fixé à l'arbre 64 par des moyens de fixation connus (vis 84). D'après la figure 5, pour la manoeuvre en rotation de l'arbre 64 dans son manchon 56, la tête 10 comprend un second vérin 66, ou équivalent. Cette figure 5 illustre schématiquement différentes positions possibles de la pièce 12 autour de l'axe 20. Le bras 68 du vérin est en l'espèce lié au manchon 56, par l'intermédiaire des oreilles de maintien 70, son corps 72 étant fixé au porteglissière 15. Ce vérin est donc monté mobile en rotation autour des axes 18 et 22. Quant à la commande en rotation de l'arbre 58 dans son manchon de réception 28, elle est assurée par un troisième vérin 74, ou équivalent, dont le corps 76 est monté sur l'organe 24 et dont le bras 78 est lié au manchon 56 par l'intermédiaire des oreilles 80. Ce vérin 74 est ici monté articulé autour de l'axe 18. Les figures 6 et 7 montrent un exemple d'utilisation du véhicule 1 pour l'orientation de l'outil qu'il porte dans un espace de travail restreint, tel le tunnel 102. Par exemple, l'outil qui est porté peut être un appareil (classique) pour réaliser des carottages dans la paroi du tunnel ou encore le dispositif de coupe 14. Ces outils permettent de réaliser des trous et de couper des surfaces dans la paroi du tunnel en vue, en l'espèce, de réaliser une cavité 108 (représentée figure 8 avec un contour sensiblement carré). Le véhicule 1 est avancé dans le tunnel suivant sa direction d'avancement 106 jusque vers la zone de travail 116 et son châssis peut être maintenu sensiblement parallèle à la paroi du tunnel pendant tout le temps d'intervention. Compte tenu de l'emcombrement de l'outil monté sur la tête 10, la flèche 4 est ici écartée du plan 116 (anglezformé avec la droite 106). Ensuite, l'opérateur manoeuvre à distance les pistons de la tête pour agir sur les organes d'articulation 12, 24 et 52. I1 lui est ainsi possible d'orienter convenablement l'outil par rapport à la surface de travail, par exemple pour que son axe soit sensiblement perpendiculaire au plan 116. En ayant tout d'abord monté u appareil pour former des carottages sur la tête 19 il est alors possible à l'opérateur de réaliser des trous 104a, 104b, 104c et 104d dans la paroi du tunnel. Après avoir formé ces trous, le dispositif 14 est fixé sur la tête 10 à la place de l'appareil de carottages. Ce dispositif 14 est également orienté en agissant sur les organes d'articulation de la tête 10, pour que son axe 35 soit ici également sensiblement horizontal et normal au plan 116. Ce dispositif permet grâce à son câble coupant, qui peut être déplacer à travers la matière du bloc, de couper des surfaces qui s'étendent chacune entre deux trous, chaque surface définissant une paroi de la cavité. REVENDICATIONS 1. Tête articulée, propre à être fixée sur un bras (4) d'un véhicule (1) porte-outil et à porter un outil (14), cette tête (10) comprenant - des premiers moyens (24, 26) d'articulation, propres à coopérer avec des moyens (30, 32, 34) complémentaires dudit bras du véhicule, pour l'orientation angulaire de l'outil autour d'un premier axe (18) de rotation, - des seconds moyens (12, 56, 64) d'articulation pour l'orientation angulaire de l'outil autour d'un second axe (20) de rotation, et - des troisièmes moyens (28, 58) d'articulation pour l'orientation angulaire de l'outil autour d'un troisième axe (22) de rotation, chacun desdits premier, second et troisième axes étant sécant aux deux autres. 2. Tête selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend - un organe (24) d'articulation et de liaison audit bras du véhicule comportant un premier arbre (26) qui s'étend sensiblement suivant ledit premier axe (18) et un premier corps (28) creux de réception, lié fixement audit premier arbre en s'étendant sensiblement suivant le troisième axe (22) ; cedit premier arbre étant propre à tourner dans au moins un palier (30, 32) dudit bras, - un organe intermédiaire d'articulation (52) comportant un second arbre (58) et un second corps (56) creux de réception, lié fixement audit second arbre et propre à s'étendre sensiblement suivant ledit second axe (20), le second arbre étant propre à coopérer avec le premier corps creux dudit organe (24) d'articulation et de liaison, qui le reçoit intérieurement, pour former l'articulation autour dudit troisième axe (22), et - un organe (12) porte-outil d'articulation comportant un troisième arbre (64) propre à coopérer avec ledit second corps creux (56) de l'organe intermédiaire, qui le reçoit intérieurement, pour former l'articulation autour dudit second axe (20). 3. Tête selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend - des premiers moyens (36) de commande en articulation par rapport audit premier axe (18), ces premiers moyens de commande étant propres à être liés, d'un côté, audit bras du véhicule et, d'un autre côté, audit organe (24) d'articulation et de liaison, - des seconds moyens (66) de commande en articulation par rapport audit second axe (20), propres à être liés, d'un côté, audit corps creux (56) de l'organe intermédiaire d'articulation et, d'un autre côté, audit organe (12) porte-outil, ces seconds moyens de commande étant mobiles en rotation autour desdits premier et troisième axes (18, 22) d'articulation, et - des troisièmes moyens (74) de commande en articulation par rapport audit troisième axe (22), propres à être liés, d'un côté, audit corps creux (56) de l'organe (52) intermédiaire d'articulation et, d'un autre côté, audit organe (24) d'articulation et de liaison, ces troisièmes moyens de commande étant mobiles en rotation autour du premier axe (18) d'articulation. 4. Véhicule terrestre, propre à porter un outil (14), comprenant un bras (4) orientable en site et en gisement et une tête (10) articulée selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, cette tête étant fixée sur ledit bras.