Brevet FR2827672A1 — publié le 20030124

Dispositif de mesure du débit massique sur distributeur centrifuge de particules solides. L'invention concerne un distributeur centrifuge de particules solides, telles que des particules d'engrais, ou épandeur centrifuge. Un distributeur d'engrais a pour rôle de répandre sur une parcelle de terrain une quantité donnée de fertilisant. Un distributeur d'engrais est habituellement constitué d'un organe de stockage tel qu'une trémie, d'un système d'alimentation et de dosage comportant une trappe, des agitateurs, et d'un ou plusieurs systèmes d'éparpillage de l'engrais. Les distributeurs ou épandeurs centrifuges d'engrais permettent une fertilisation sur une largeur importante par projection et ce, avec un appareil d'encombrement réduit, présentant une grande maniabilité et un faible coût. Sur ce type d'appareil, la quantité recueillie transversalement au distributeur diminue régulièrement de part et d'autre de l'axe du passage, nécessitant un recouvrement lors d'un passage retour pour obtenir une dose homogène. Pour les fins de champs)), les pointes, les modulations de dose, on doit réaliser une modification du débit d'alimentation et/ou une modification de la largeur de travail. Les paramètres qui permettent d'obtenir une dose (Q) (masse épandue par unité de surface) précise sur une zone d'épandage sont le débit (D) (masse épandue par unité de temps), la largeur de travail (1), la vitesse d'avancement du distributeur (v) selon la relation suivante : Q=D/lv. Actuellement, la majorité des distributeurs d'engrais présentent des régulations en boucle ouverte. On cherche maintenant à aboutir à une régulation entièrement fermée sur chacun des paramètres entrant en jeu pour permettre un contrôle complet de la distribution d'engrais afin de pouvoir ajuster précisément les doses apportées localement dans les parcelles. La vitesse est un critère déjà pris en compte en continu sur les systèmes DPA (débit proportionnel à l'avancement) grâce à un capteur de vitesse réelle. Pour être envisagée en continu, la variation de la largeur de travail peut se réaliser notamment par la modification de la vitesse de rotation d'un ou des disques d'épandage, par la modification du point de chute de l'engrais sur le disque, ou par modification de l'angle d'inclinaison des pales sur le disque. La mesure de la largeur effective de travail permettrait d'obtenir un contrôle plus précis de ce paramètre. En ce qui concerne le débit, l'action peut consister en une modification de l'aire d'ouverture de la trappe d'alimentation, en une modification de vitesse de tapis ou de rouleaux d'alimentation, principes connus et appliqués depuis longtemps mais avec des régulations de type boucle ouverte , c'est-à-dire sans retour direct d'information sur la correspondance entre le débit massique réel et le débit massique attendu. Un but de l'invention est de pouvoir proposer un dispositif permettant une mesure en temps réel du débit massique d'engrais épandu par effet centrifuge et, dans certain cas, une régulation de la vitesse de rotation de chaque disque d'épandage. L'invention, combinée à un dispositif de contrôle de la répartition spatiale instantané de l'engrais, permet une régulation fermée de l'épandage sur chacun de ses paramètres caractéristiques. Une telle régulation permet un contrôle complet de la distribution de l'engrais afin de pouvoir ajuster précisément les doses apportées localement sur les parcelles. Un tel dispositif combiné à un système de localisation géographique du type GPS et un calculateur devrait permettre une fertilisation modulée, ou dans le cas d'une fertilisation homogène, une régulation précise de la dose par optimisation des recouvrements et gestion des épandages en limite de parcelles (bordures, demi-tours). On connaît des systèmes de mesure de débit massique en continu basés sur la mesure instantanée de la masse globale de l'épandeur, ou de la trémie. Le principe de pesée d'un élément mobile, associé à la nécessité de dériver la mesure de masse pour calculer le débit massique conduit à un système peu précis dans un objectif de régulation en temps réel. Dans EP-A-O 963 690 est décrit un système non basé sur une pesée, pour lequel on estime le débit par mesure du couple résistant sur le disque d'épandage. Cette mesure est réalisée par la prise en compte de la différence de pression aux bornes des moteurs hydrauliques d'entraînement des disques d'épandage ou par mesure du courant électrique d'alimentation des moteurs entraînant les disques ou par mesure du couple de torsion dans les arbres d'entraînement mécanique des disques. Cependant, un tel dispositif présente soit, un coût élevé et un risque de dérive de la mesure du couple dans le cas d'un système hydraulique, soit un manque de robustesse dans le cas d'une utilisation de capteurs de couple à transmission de signal par contacts tournants. Afin de pallier ces inconvénients, l'invention a pour objet un dispositif de mesure du débit massique sur un distributeur centrifuge de particules solides telles que des granulés d'engrais, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure du débit massique d'engrais projeté à chaque instant, lesdits moyens comportant des moyens de mesure de l'effort de réaction d'un élément de transmission qui présente au moins l'une des caractéristiques suivantes : un angle non nul entre l'arbre d'entrée et l'arbre de sortie de l'élément de transmission et/ou un déport non nul entre l'arbre d'entrée et l'arbre de sortie et/ou une différence de vitesse non nulle entre l'arbre d'entrée et l'arbre de sortie, ainsi que des moyens de calcul du débit massique à partir de la mesure de l'effort de réaction. De préférence, le dispositif comporte, en outre, des moyens de mesure de la vitesse d'un élément mobile de transmission ou du disque d'épandage tels qu'un capteur optique ou électromagnétique, les moyens de calcul permettant la détermination du débit massique à partir de l'effort de réaction d'un élément de transmission et de la vitesse de rotation du disque. Selon une première forme de réalisation de l'invention, l'élément de transmission est monté sur le châssis du distributeur avec un degré de liberté en translation et/ou en rotation dont l'axe est choisi de telle sorte que la transmission de puissance à travers ledit élément induit un déplacement selon cet axe, les moyens de mesure de l'effort de réaction étant constitués par un capteur d'effort qui maintient en position ledit élément de transmission sur le degré de liberté. Selon une deuxième forme de réalisation de l'invention, l'élément de transmission est monté sur le châssis du distributeur avec un degré de liberté en translation et/ou en rotation dont l'axe est choisi de sorte que la transmission de puissance à travers ledit élément induit un déplacement selon cet axe, les moyens de mesure de l'effort de réaction étant constitués d'un élément élastique qui maintient en position ledit élément de transmission sur le degré de liberté et de moyens de mesure de l'élongation de l'élément élastique. Selon une troisième forme de réalisation de l'invention, l'élément de transmission est fixé sur le châssis du distributeur, ledit châssis comportant des moyens de mesure de contraintes, telles que des jauges d'extensométrie, constituant les moyens de mesure de l'effort de réaction. Pour réaliser la mesure de la vitesse de rotation du disque, on utilise un capteur optique ou électromagnétique placé sur le disque d'épandage, sur l'arbre du disque ou sur un élément de la transmission. On décrira maintenant des exemples de réalisation de l'invention plus en détail en référence au dessin en annexe dans lequel : la figure la représente une vue schématique d'un détail d'un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention ; la figure 1b représente une vue schématique d'un détail d'une variante du premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention ; la figure 2 représente une vue d'un détail d'un deuxième mode de réalisation du dispositif selon l'invention ; la figure 3 représente une vue d'un détail d'un troisième mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Le dispositif selon l'invention s'applique à des transmissions mécaniques de puissances aux disques d'épandage. Les capteurs d'effort de réaction et de vitesse de rotation permettent une mesure du débit instantané de particules solides telles que des particules d'engrais. Les dispositifs selon l'invention peuvent être configurés de telle sorte que la vitesse de rotation de chaque disque soit contrôlable indépendamment et dans une gamme déterminée. La source de puissance est soit la prise de force du tracteur entraînant le distributeur d'engrais, soit une source de puissance mécanique auxiliaire tel qu'un moteur électrique ou hydraulique. Dans les figures la et Ib sont présentés des modes de réalisation de l'invention basés sur la mesure de l'effort de réaction dans le cas des transmissions par lien flexible. Une poulie menante 1 entraîne une courroie 6 qui elle-même entraîne une poulie menée 2. Une poulie libre en rotation 3 impose un angle d'incurvation a à la courroie, sans consommation d'énergie mécanique autre que les pertes par frottement. Il s'agit dans ce cas d'un déport non nul. Dans le cas de la figure la, l'effort de réaction F est mesuré sur le support de palier de la poulie menée 2, ledit support de palier comportant un capteur d'effort 4 et/ou un élément élastique 5 équipé d'un capteur d'élongation. Une réalisation similaire peut être obtenue en effectuant la mesure d'effort sur le support de palier de la poulie menante 1. Dans la figure 1b est présentée une variante du mode de réalisation de l'invention pour laquelle l'effort de réaction F est mesuré sur le support de palier de la poulie 3 libre en rotation et imposant un angle d'incurvation a au lien flexible, ledit support de palier comportant un capteur d'effort 4 et/ou un élément élastique 5 équipé d'un capteur d'élongation. L'invention concerne également des dispositifs similaires pour lesquels l'élément de transmission est constitué d'un lien flexible qui est une chaîne entraînée par un pignon menant, transmettant la puissance mécanique à un pignon mené, et comportant d'éventuels pignons ou galets libres en rotation. Si on utilise une courroie à section trapézoïdale comme lien flexible et qu'au moins une des poulies menante ou menée est constituée d'un variateur, il est possible d'ajuster la vitesse de rotation de chaque disque d'épandage, même lorsque la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée est constante. Dans la figure 2, un exemple de montage est représenté pour une mesure de l'effort de réaction F d'une liaison avec un angle non nul. L'élément de transmission qui sert à la mesure est un train d'engrenages 14 de type renvoi d'angle 7. L'arbre de sortie 8 du train d'engrenage entraîne le disque 9 autour d'un axe de rotation 10 correspondant à l'axe du degré de liberté de l'élément de transmission 7 laissé par un montage de l'arbre d'entrée 11 et un support articulé du renvoi d'angle 7. Un capteur d'effort 12 ou un élément élastique 13 équipé d'un capteur d'élongation vient bloquer l'élément de transmission 7 sur son degré de liberté 10. La mesure de l'effort de réaction, éventuellement couplée avec une mesure de la vitesse de rotation d'un des arbres 8 ou 11, permet de déterminer le débit massique de particules solides projetées. Le capteur d'effort 12 ou d'élongation de l'élément élastique 13 étant statique par rapport au bâti de l'épandeur, aucun contact mobile ou dispositif de transmission sans contact n'est nécessaire. A la figure 3, l'élément de transmission est un train d'engrenages 14 à arbre d'entrée 15 et arbre de sortie 16 coaxiaux et à rapport de réduction différent de un. L'arbre de sortie 16 entraîne le disque d'épandage 9. L'élément de transmission 14 est installé avec un degré de liberté en rotation selon un axe 17 défini par les arbres d'entrée 15 et de sortie 16 et maintenu en position sur ledit degré de liberté par le moyen de mesure de l'effort de réaction constitué d'un capteur d'effort 18 ou d'un élément élastique 19 équipé d'un capteur d'élongation. Lorsque le train d'engrenages est de type planétaire, un sous-élément, tel qu'un planétaire ou un porte-satellite, n'étant pas directement lié aux arbres d'entrée et de sortie peut être freiné dans sa rotation par un dispositif comportant un moyen de mesure de l'effort de réaction. Lorsque le dispositif de freinage permet un ajustement de la vitesse de rotation dudit sous-élément du train planétaire, l'ajustement de la vitesse de rotation de l'arbre de sortie 16 et donc du disque 9 devient possible, même lorsque la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée 15 est constante. Dans ce mode de réalisation de l'invention, un train planétaire de taille réduite peut être installé sur l'arbre de chaque disque d'épandage 9 et permettre une mesure de débit massique instantané de particules solides ainsi qu'un ajustement indépendant de la vitesse de rotation de chaque disque 9. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure du débit massique sur un distributeur centrifuge de particules solides telles que des granulés d'engrais, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure du débit massique d'engrais projeté à chaque instant, lesdits moyens comportant des moyens de mesure de l'effort de réaction d'un élément de transmission qui présente au moins l'une des caractéristiques suivantes : un angle non nul entre l'arbre d'entrée et l'arbre de sortie de l'élément de transmission et/ou un déport non nul entre l'arbre d'entrée et l'arbre de sortie et/ou une différence de vitesse non nulle entre l'arbre d'entrée et l'arbre de sortie, ainsi que des moyens de calcul du débit massique à partir de la mesure de l'effort de réaction de l'élément de transmission. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure de la vitesse d'un élément mobile de transmission ou du disque d'épandage tels qu'un capteur optique ou électromagnétique, les moyens de calcul permettant une détermination du débit massique à partir de l'effort de réaction d'un élément de transmission et de la vitesse de rotation du disque. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, l'élément de transmission étant monté sur le châssis du distributeur avec un degré de liberté en translation et/ou en rotation dont l'axe est choisi de telle sorte que la transmission de puissance à travers ledit élément induit un déplacement selon cet axe, les moyens de mesure de l'effort de réaction sont constitués par un capteur d'effort qui maintient en position ledit élément de transmission sur le degré de liberté. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, l'élément de transmission étant monté sur le châssis du distributeur avec un degré de liberté en translation et/ou en rotation dont l'axe est choisi de sorte que la transmission de puissance à travers ledit élément induit un déplacement selon cet axe, les moyens de mesure de l'effort de réaction sont constitués d'un élément élastique qui maintient en position ledit élément de transmission sur le degré de liberté ainsi que des moyens de mesure de l'élongation dudit élément élastique. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'élément de transmission est fixé sur le châssis du distributeur, ledit châssis comportant des moyens de mesure de contraintes, telles que des jauges d'extensométrie, constituant les moyens de mesure de l'effort de réaction. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément de transmission est une transmission par lien flexible tel qu'une courroie (6) ou une chaîne, et que les moyens de mesure de l'effort de réaction sont positionnés sur l'un ou l'autre des supports de paliers des poulies ou pignons menants (1) ou menés (2) ou sur l'un ou plusieurs supports de paliers de poulies (3) et/ou pignons et/ou galets, libres en rotation et imposant un angle d'incurvation (a) au lien flexible (6). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le lien flexible est constituée d'une courroie à section trapézoïdale et qu'au moins une des poulies menante ou menée est constituée d'un variateur permettant d'ajuster la vitesse de rotation du disque d'épandage même lorsque la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée est constante. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément de transmission (7) est un train d'engrenages de type renvoi d'angle imposant un angle non nul entre l'arbre d'entrée (11) et l'arbre de sortie (8), installé avec un degré de liberté et maintenu sur ledit degré de liberté (10) par les moyens de mesure de l'effort de réaction (12,13). 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément de transmission (14) est un train d'engrenages à entrée (15) et sortie (16) coaxiales et à rapport de réduction différent de un, installé avec un degré de liberté en rotation (17) selon un axe défini par les arbres d'entrée (15) et de sortie (16) et maintenu en position sur ledit degré de liberté par les moyens de mesure de l'effort de réaction (18,19). 10. Dispositif selon la revendications 9, caractérisé en ce que l'élément de transmission (14) est un train d'engrenages planétaire dont un sous-élément, tel qu'un planétaire ou un porte-satellite, n'étant pas directement lié aux arbres d'entrée et de sortie, est freiné dans sa rotation par un dispositif comportant les moyens de mesure de l'effort de réaction, ledit dispositif de freinage permettant un ajustement de la vitesse de rotation dudit sous-élément du train planétaire.