Brevet FR2758491A1 — publié le 19980724

La présente invention a pour objet une machine pour fendre le bois en grande longueur. Le secteur technique de l'invention est celui du machinisme agricole appliqué à la première transformation du bois. On sait que fendre le bois est une opération consistant à séparer en une pluralité de parties dans le sens longitudinal une bille de bois. Le but étant d'obtenir des quartiers de bois de dimensions sensiblement égales. Fendre le bois est une opération nécessaire pour le bois de chauffe ainsi que pour le bois de trituration c'est à dire tous les bois hormis le bois d'oeuvre. Pour le bois de chauffe fendre est nécessaire pour permettre audit bois de sécher ainsi que pour pouvoir avoir une taille radiale compatible avec la dimension de l'alimentation des appareils de chauffe. Pour les bois de trituration fendre est nécessaire pour pouvoir avoir des dimensions radiales compatibles avec les coupeuses ou broyeurs qui équipent les usines de trituration. En outre l'avantage de fendre les bois en longueur supérieure a un mètre, la longueur standard actuelle étant de deux mètres, permet une manutention, un transport et un stockage beaucoup plus aisés. On connaît déjà des machines capables de fendre du bois. I1 y a quatre grandes familles : ce sont soit des machines à coin radial, soit des machines à coin(s) longitudinaux mobiles, soit des machines à coin(s) longitudinaux fixes et à déplacement de la bille, soit des machines à vis conique à ax ,Xorizontal fixe. Les machines à coin radial sont caractérisées par le fait que le coin mu par un dispositif pénètre suivant un rayon dans la bille. I1 s'agit là de la mécanisation d'un système manuel de masse et de coin. Le résultat d'une opération est deux demies parties de la bille initiale. Les machines à coins longitudinaux mobiles sont caractérisées par le fait que le coin simple ou le coin en croix mu par un dispositif pénètre dans la bille sensiblement parallèlement à son axe. I1 s'agit ici encore de la mécanisation d'un système manuel de masse et de coin. Le résultat d'une opération est fonction du nombre coins. C'est généralement deux ou quatre parties de la bille initiale. Les machines à coin(s) longitudinaux fixes et à déplacement de la bille sont basées sur le même principe que les précédentes mais au lieu de mouvoir le(s) coin(s) c'est la bille qui est poussée contre le (les) coin(s) par le dispositif. Les machines à vis conique et axe horizontal fixe sont basées sur le principe d'une vis conique mue en rotation par un dispositif où l'opérateur doit commander l'introduction de la vis dans la bille suivant un rayon de la bille par un déplacement de cette dernière, la vis restant fixe en translation. La bille se trouvant entraînée en rotation jusqu'à ce qu' une butée, généralement le sol, l'empêche de tourner. La vis continuant à tourner, la bille pénètre autour de la vis en s'écartant jusqu'à se séparer en deux parties. Les machines des trois premières familles à coins ne permettent que de fendre des bois de faible longueur, environ un mètre, pour trois raisons : d'une part la puissance importante requise due aux frottements du coin dans le bois, d'autre part, pour les deux familles à axes longitudinaux, la rigidité du châssis et le travail en porte-à-faux provoquent un phénomène de coincement de la partie mobile sur le dispositif de glissière et enfin le temps important d'un cycle qui est proportionnel au carré du diamètre du vérin, à la longueur de la bille et ag,débit de la pompe. Les machines de la quatrième famille, machines à vis conique à axe horizontal fixe, bien que plus rapides, ont deux inconvénients majeurs. D'une part les petits modèles, type porté sur l'attache trois points d'un tracteur agricole ne permettent de traiter que des billes de faible longueur compte tenu de la puissance limitée des pompes hydrauliques de ces tracteurs et d'autre part les manipulations d'alimentation ne peuvent être que manuelles. De plus ces machines sont très dangereuses à l'utilisation. En effet lorsque la vis s' introduit, le billon peut se mettre à tourner comme une hélice, occasionnant des casses mécaniques et des risques pour les opérateurs. L'inertie de ces systèmes fait que si une personne est happée par la vis il est quasiment impossible d'arrêter le système avant que l'incident ne se transforme en accident grave. Certains utilisateurs dépassent ces possibilités en reculant avec le tracteur pour faire pénétrer la vis dans les billes non manipulables à la main, ce procédé dangereux et occasionnant des casses sur le bout des vis illustre bien le besoin d'avoir un outil plus sûr et permettant au minimum d'adjoindre au système de vis un système de manipulation des billes. La présente invention vise à apporter des perfectionnements aux machines à vis conique existantes, en vue de réaliser l'opération de fendre le bois dans les meilleures conditions possibles pour des bois de toutes longueurs et de tout diamètre. L'objectif de la présente invention est la mise en oeuvre d'une machine capable de fendre le bois en grande longueur jusqu'à environ cinq mètres, de fort diamètre jusqu'à un diamètre d'environ 2m50 et ce en un temps court environ une trentaine de secondes pour quatre quarts sur une bille de lm de diamètre et quel que soit sa longueur jusqu'à environ 5 mètres et ceci intégré à une séquence de manipulation nécessaire au déplacement du bois (dépilage empilage). Cet objectif est atteint par la machine à fendre les billes de bois selon la présente invention il s'agit d'une machine pour fendre le bois, du type de machine mettant en oeuvre une vis conique entraînée en rotation, pour provoquer l'éclatement du bois, qui est caractérisée dans sa généralité en ce qu'elle comprend principalement: - des moyens dits premiers, en forme de pinces pour embrasser une pièce de bois et la maintenir sensiblement à l'horizontale, et - des moyens dits deuxièmes, pour appliquer suivant un déplacement vertical la dite vis conique dans la partie médiane de la dite pièce; De préférence, des moyens support et de manoeuvre des dites pinces, reliables à un engin moteur et de levage, forment aussi des moyens de guidage en déplacement de la vis conique et de ses moyens d'entraînement en rotation; ces moyens support sont avantageusement constitués par un châssis tubulaire allongé relié à sa première extrémité, dite distale, à un organe porte pinces, et à sa seconde extrémité, dite proximale, par l'intermédiaire d'un dispositif d'orientation, à un organe de suspension. De préférence le châssis tubulaire supporte en coulissement, par l'intermédiaire d'une coulisse, un bâti, lui aussi tubulaire, mobile et guidé en translation axiale dans la dite coulisse, le dit bâti logeant lui-même - à son extrémité proximale un moteur d'entraînement en rotation de la vis conique, - à son extrémité distale la vis conique et son palier, et reliant le moteur d'entraînement et la vis conique, un arbre à double cardan. De préférence, le bout pointu de la dite vis conique, lorsque le bâti est en position haute, interfère dans l'espace compris entre les pinces et le dit châssis tubulaire, ce qui permet l'amorçage de la pénétration de la vis dans la pièce de bois. Avantageusement encore ledit bâti mobile en translation comporte un moyen ae manoeuvre en translation du bâti, relié au dit châssis, ce qui permet de manoeuvrer la vis perpendiculairement à la pièce de bois et de finir d'éclater la dite pièce en plusieurs parties lorsque le filetage de la vis n' est plus assez pris dans la dite pièce pour pouvoir tracter le bâti mobile, supportant la vis, vers le bas. Il résulte de ces dispositions que la pièce de bois telle que bille ou billon calé à l'horizontale et immobilisée en rotation autour d'un axe vertical, et la vis étant mise en rotation elle y pénètre en la soulevant tout en amorçant son éclatement. Si la forme de la pièce de bois fait que le filetage de la vis n'est pas assez pris dans la dite pièce pour pouvoir tracter le bâti mobile, la vis est approchée au contact de la pièce par le moyen de déplacement vertical du bâti de la vis et la vis étant mise en rotation elle y pénètre, de la même façon que précédemment, en la soulevant tout en amorçant son éclatement Avantageusement encore la machine de l'invention comprend en outre des moyens dits troisièmes pour entraîner la dite pièce de bois en rotation autour de son axe longitudinal, qui sont avantageusement constitués par une chaîne à crampons supportée par au moins une des mâchoires de pinces, la dite chaîne pouvant être tendue, par des moyens tendeurs, pour interférer dans l'espace compris entre les pinces, et étant pourvue de moyens d'entraînement en défilement; ces troisièmes moyens sont appelés dispositif de retournement de la bille. Avantageusement encore la machine de l'invention comprend en outre des moyens dits quatrièmes pour éviter que la résistance à la descente du bâti, constituée des efforts contraires au déplacement du moyen de translation (dans un exemple de réalisation le frottement des joints hydrauliques et l'effort nécessaire au reflux de l'huile de la chambre comprimée du (des) vérin(s)), n'arrache le filet femelle imprimé dans la pièce de bois et neutralise l'avancement du bâti mobile et par conséquent de la vis conique. Avantageusement encore la machine de l'invention comprend en outre des moyens dits cinquièmes pour actionner, dans un mode de fonctionnement dit automatique, la réouverture des pinces au fur et à mesure de l'entrée de la vis dans la pièce de bois. Le but étant de faire suivre aux pinces l'augmentation du diamètre circonscrit à la bille lors de son éclatement. Avantageusement enfin la machine de l'invention comprend un dispositif de forage, constitué soit d'un foret soit d'une fraise, fixé sur l'extremité la plus pointue de la vis conique pour percer un avant trou dans la bille dans le cas de bois durs et dans le cas de bois noueux. D'autres avantages et des caractéristiques de l'invention ressortiront encore à la lecture de la description suivante d'un mode d'exécution de ladite machine donné à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, sur lesquels: La figure 1 est une vue schématique en transparence d'une machine de l'invention, suivant une première direction d'observation en position repos; La figure 2 est une illustration en coupe partielle de la machine de l'invention en position repos suivant une direction d'observation perpendiculaire à la direction de la vue précédente; La figure 3 est une vue schématique en transparence de l'extérieur de la machine de l'invention, suivant la première direction d'observation en position travail; La figure 4 est une illustration en coupe partielle d'une machine de l'invention en position travail suivant une direction d'observation perpendiculaire à la direction de la vue précédente; La figure 5 est une vue schématique d'une machine de l'invention en perspective en cours de fendage d'une bille de dimension moyenne; La figure 6 est une vue schématique représentant, en cours de fonctionnement, le fendage d'une grosse bille de bois partiellement représentée; Les figures 7 et 8 sont des vues schématiques du dispositif de retournement en position repos figure 7 et en position travail figure 8; La figure 9 est une vue des moyens hydrauliques mis en oeuvre. On y voit notamment les éléments permettant de contrer les résistances au déplacement du bâti mobile; La figure 10 est une vue des moyens électriques mis en oeuvre. On y voit notamment les éléments permettant d'actionner automatiquement l'ouverture des pinces lors du fendage; La figure li représente une position de montage de deux vérins en opposition pour mouvoir le bâti mobile en translation par rapport au châssis. La figure 12 représente un moyen particulier de la vis 8 adjointe du dispositif de perçage/forage. On se reporte d'abord aux figures 1,2,3 et 4. Selon un mode d'exécution donné à titre d'exemple et non limitatif, la machine selon l'invention se compose du châssis de forme tubulaire 1. La platine de fixation en haut dudit châssis principal est fixée par boulonnage sous le dispositif d'orientation d'axe vertical 2 qui lui même est suspendu par l'intermédiaire d'une chape connue non représentée sous une grue de manutention suivant un mode d'utilisation, et suivant d'autres modes sous un bras de machine de travaux public, bras porte-outil tout autre moyen de levage connu. Le châssis principal l supporte à sa partie inférieure par l'intermédiaire des renforts 12 la coulisse 13 du bâti mobile 6 équipé de capteurs de position 9 du bâti mobile 6 et des axes de rotation 3 supportant les pinces 15 et 16. Le bâti mobile 6, de forme tubulaire, qui peut coulisser dans la coulisse 13 grâce aux plaques de guidage 14, est relié au châssis l dans un mode d'exécution par le vérin téléscopique dans un autre mode par deux verins hydrauliques montés têtes beches figure il, dans d'autres modes d'exécution par un dispositif couplant un moteur et un convertisseur de mouvement rotation/translation. Ces modes d'exécution remplissent identiquement la fonction de déplacement vertical 5 de la vis conique 8 dans la partie médiane de la pièce de bois. Le bâti 6 loge dans sa partie haute le moteur hydraulique 7 qui peut imprimer une rotation droite ou gauche à la vis conique 8 tournant sur son palier, par l'intermédiaire de l'arbre à double cardans 10 et 11. Les pinces 15 et 16 remplissent la fonction d'embrasser une pièce de bois et de la maintenir sensiblement à l'horizontale. Pour permettre le serrage total par la pénétration de la pince de droite dans la pince de gauche la partie en arc de cercle des pinces droites est plus étroite que l'intérieur de la partie en arc de cercle des pinces de gauche. Le mouvement de rotation des pinces, et par conséquent de serrage de la pièce de bois, est assuré par un vérin 4. Le renfort plat 18 et le renfort circulaire 17 lien! ensemble les pinces de droite, l'autre renfort plat 18 et l'autre renfort circulaire 17 lient ensemble les pinces de gauche. Pour expliquer l'utilisation de la machine, on se reporte ensuite à la figure 5. Selon un mode d'exécution et de fonctionnement donné à titre d'exemple et non limitatif, le fendage d'une pièce de bois 31 partiellement représentée s'effectue de la manière suivante: après avoir amené la machine, grâce à la grue ou au bras porte outil, au-dessus de la bille 31 et après avoir orienté la machine par rapport à la bille grâce au mécanisme d'orientation 2, les bras de préhension 15 et 16 se referment grâce au vérin 4 en maintenant fermement la bille 31, puis la pénétration du bout de la vis 8, actionnée en rotation, par l'intermédiaire de l'arbre a double cardan 10 et 11, par le moteur hydraulique 7 dans la bille est assurée soit par les bras de préhension 15 et 16 qui à eux seuls exercent une pression entre la bille ou la partie de bille et le bout pointu de la vis 8, dépassant à l'intérieur du diamètre de préhension, soit en effectuant une pression par le vérin 5 du bout de la vis sur la bille 31, puis la vis continue à pénétrer dans le bois, entraînée lineairement par son pas. Dans un mode de réalisation l'opérateur, ou dans un autre mode de réalisation l'automatisme, doit augmenter le diamètre formé par les bras de préhension 15 et 16 pour permettre à la bille 31 contenant maintenant la vis 8 d'avoir la place de se fendre en restant maintenue en rotation d'axe vertical loin de l'opérateur pour des raisons de sécurité : Ceci jusqu'à ce que l'adhérence du filet de la vis 8 dans le bois ne soit plus suffisante pour entraîner lineairement le bâti mobile 6 de la vis 8, à ce stade les parties de la bille écartée ne présentent presque plus de cohésion figure 3. Il suffit d'une pression accrue du vérin 5 pour finir de séparer les quartiers. Puis le bâti mobile 6 remonte jusqu' à ce que le capteur 9 détecte sa fin de course. L'opérateur peut déposer les quartiers complètement séparés en un endroit et suivant une orientation choisie grâce à la grue s au bras porte outil, et après avoir orienté la machine grâce à l'orientation 2. On se reporte maintenant à la figure 6. Si le diamètre de la bille de bois 32 est supérieur aux capacités de serrage des pinces, on pose la machine de l'invention pinces ouvertes sur la bille de bois 32. La dite bille ne peut pas tourner car son propre poids l'empêche de tourner autour de l'axe vertical puis on fait pénétrer le bout de la vis 8, et on reprend la procédure décrite ci dessus jusqu'à séparer les quartiers. Puis le bâti mobile 6 remonte jusqu'à ce que le capteur 9 détecte sa fin de course. L'opérateur peut alors reprendre individuellement chacun des quartiers et recommencer l'opération de la figure 5. On se reporte ensuite aux figures 7 et 8. Selon un mode d'exécution et de fonctionnement donné à titre d'exemple et non limitatif, le moyen de retournement 19 de la pièce de bois est fixé sur les flancs intérieurs des pinces étroites pour le protéger des chocs dûs aux manipulations, il est constitué du dispositif moteur, qui est à deux sens de rotation 20 entraînant la chaîne de renvoi 21 qui entraîne en rotation l'arbre supporté par ces moyens de guidage en rotation et muni du pignon moteur à chaque extrémité 22. Ces pignons moteurs entraînent chacun une chaîne à crampons 25 chaque chaîne passe sur le galet tendeur 23 monté sur un système élastique tel que ressort, et sur le système de mise en pression 26 constitué du galet 24 supporté par une biellette mue en rotation autour de son axe par le vérin 26. Sur les figures 9 et 10 on voit d'une part les moyens hydrauliques et électriques mis en oeuvre pour contrer les résistances dues au déplacement du bâti. Pour contrer les résistance dues à l'échappement de l'huile et aux frottements des joints on prélève un pression de 20 Bars donnée par le limiteur de pression 27 en mettant en communication le circuit de retour et la petite chambre du vérin 5 par le distributeur C ainsi on applique un effort de quelques centaines de DaN sur ledit vérin ce qui est suffisant pour éviter que le filet femelle emprimé au bois ne s'arrache; d'autre part les moyens hydrauliques et électriques mis en oeuvre pour actionner automatiquement l'ouverture des pinces lors du fendage ainsi que la remonté. Dans un mode de fonctionnement dit automatique quand le manipulateur 4 positions 28 donne l'ordre descente et rotation l'ordre est automaintenu par le relais R2. Dés la monté en pression du moteur vis au dessus de 80B qui signifie un couple résistant pouvant être occasionné par le serrage des pinces sur la bille, le pressostat 29 commande le distributeur E qui libère la grande chambre du vérin pinces 4 à travers la soupape de séquence 30 taré de 20 à 60B suivant la méthode de fendage. La petite chambre est realimentée à travers le distributeur E par la pression de 20B existant sur le circuit retour grâce à la soupape 27, les pinces s'ouvrent au fur et à mesure de la pénétration de la vis dans le bois tout en maintenant fermement la bille. Le bâti mobile arrive en bout de course, actionne le fin de couse bas et réarme le relais autoalimenté R3 qui commande la remonté du bâti mobile jusqu'au fin de course haut qui coupe l'alimentation du relais R3 et arrête la remonté. durant tout ce cycle automatique la possibilité est laissé à l'opérateur d'écourter la phase de descente du bâti mobile et de la vis, par une action sur le manipulateur 28 tout en restant dans le cycle automatique. Ceci permet dans un mode de fonctionnement et plus particulièrement lors des opérations de fendages autre que la dernière pour ne pas finir de séparer les parties de la bille pour faciliter l'opération suivante de rotation. Dans un autre mode de fonctionnement et plus particulièrement lors de la dernière opération de fendage à l'issue de la phase qui fait entrer la vis dans la bille au moyen de la rotation du moteur hydraulique et du déplacement du support mobile il convient d'actionner le dispositif de déplacement linéaire du bâti mobile pour finir de séparer toutes les parties de la bille avant de les reposer. Sur la figure 11 est représenté un moyen particulier de montage de deux vérins en opposition pour mouvoir le bâti mobile en translation par rapport au châssis. Ce mode de réalisation peut remplacer le vérin télescopique représenté sur les figures 1,2,3,4,5,6,9 et 10 On se reporte enfin à la figure 12 ou est représenté un moyen particulier de réalisation de la vis 8 adjointe du dispositif de perçage/forage en l'occurrence le foret 33 qui de part sa rotation et la poussée du dispositif 5 perce un avant trou dans la bille dans le cas de bois durs ou dans le cas de bois noueux facilitant ainsi la prise des filets de la vis 8 dans la bille et évitant les efforts radiaux, dus à une zone plus tendre du bois sur l'un des cotés du point de contact de la vis et du bois, sur la partie pointue de la vis pouvant occasionner soit sa casse soit une usure prématurée. Dans le cas de bois plus tendre le foret n'apporte ni avantage ni gène particulière. Des modifications structurelles peuvent être apportées au dispositif ci dessus décrit, sans sortir du domaine de l'invention; par exemple : Le bâti 6 peut coulisser directement dans le châssis 1; L'axe vertical de la vis 8 peut être à une position autre que sur le coté du dit châssis 1, il peut aussi y avoir une pluralité de bâti 6 munis chacun d'une vis 8; le système de retournement 19 peut se constituer de pinces indépendantes des pinces 15 et 16; On peut adjoindre un système de translation horizontale du bois voire même d'un système de coupe à longueur permettant de casser puis de couper les bois à longueur réglable tout en cubant la production sans avoir à le relâcher; La machine peut aussi être réalisée fixée, avec les pinces et le bout pointu de la vis dirigés vers le haut. REVENDICATIONS 1 Machine pour fendre le bois, du type machine mettant en oeuvre une vis conique(8) entraînée en rotation, pour provoquer l'éclatement du bois, caractérisée: en ce qu'elle comprend principalement: - des moyens dits premiers, en forme de pinces(15 et 16) pour embrasser une pièce de bois (31) et la maintenir sensiblement à l'horizontale, et - des moyens dits deuxièmes(5), pour appliquer suivant un déplacement vertical la dite vis conique(8) dans la partie médiane de la dite pièce; 2 Machine suivant la revendication 1 caractérisée en ce que des moyens support et de manoeuvre(4) des dites pinces(15 et 16), reliables à un engin moteur et de levage, forment aussi des moyens de guidage en déplacement(13 et 14) de la vis conique et de ses moyens d'entraînement en rotation(7,10 et 11); 3 Machine suivant la revendication 2 caractérisée en ce que les dits moyens support sont constitués par un châssis tubulaire allongé(1) relié à sa première extrémité, dite distale, à un organe porte pinces(3), et à sa seconde extrémité, dite proximale, par l'intermédiaire d'un dispositif d'orientation(2), à un organe de suspension, le dit châssis tubulaire(1) supportant par l'intermédiaire d'une coulisse (13) un bâti(6), lui aussi tubulaire, mobile et guidé en translation axiale(13) par le dit châssis, le dit bâti logeant lui-même - à son extrémité proximale un moteur d'entrainement(7) en rotation de la vis conique(8), - à son extrémité distale la vis conique(8) et son palier, et reliant le moteur d'entraînement(7) et la vis conique(8), un arbre à double cardan(10 et 11); 4 Machine suivant la revendication 1 caractérisée en ce que les dits deuxièmes moyens(5) de manoeuvre en translation du bâti(6) par rapport au dit châssis(l) sont constitués par un vérin télescopique; 5 Machine suivant la revendication 1 caractérisée en ce que les dits deuxièmes moyens(5) de manoeuvre en translation du bâti(6) par rapport au dit châssis(l) sont constitués par deux vérins à double effet montés en opposition; 6 Machine suivant la revendication 1 caractérisée en ce que les dits deuxièmes moyens(5) de manoeuvre en translation du bâti(6) par rapport au dit châssis(1) sont constitués par un dispositif moteur et d'un convertisseur de mouvement rotatif en mouvement de translation; 7 Machine suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens(19) dits troisièmes pour entraîner la dite pièce de bois en rotation autour de son axe longitudinal; 8 Machine suivant la revendication 7 caractérisée en ce que les dits troisièmes moyens sont constitués par une chaîne à crampons(25) supportée par au moins une des mâchoires de pinces, la dite chaîne pouvant être tendue, par des moyens tendeurs(24 et 26), pour interférer dans l'espace compris entre les pinces(15 et 16), et étant pourvue de moyens d'entraînement en défilement(20,21 et 22); 9 Machine suivant les revendications 4 et 5 caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens dits quatrièmes pour éviter que la résistance à la descente du bâti, constituée des efforts contraires au déplacement du moyen de translation n'arrache le filet femelle imprimé dans la pièce de bois et neutralise l'avancement du bâti mobile et par conséquent de la vis; 10 Machine suivant l'une quelconque des revendications de 1 à 9 caractérisée en ce qu' elle comprend en outre des moyens dits cinquièmes pour actionner, dans un mode de fonctionnement dit automatique, la réouverture des pinces au fur et à mesure de l'entrée de la vis dans la pièce de bois. 11 Machine suivant la revendication 1 caractérisée en ce que la vis (8) peut être adjointe à son extrémité la plus pointue d'un dispositif de forage (33) pour percer un avant trou dans la bille dans le cas de bois durs et dans le cas de bois noueux.