Brevet FR2854910A1 — publié le 20041119

Dispositif de modification de la cinématique d'un outil de pelle hydraulique La présente invention concerne dispositif destiné à être substitué aux bielles reliant un godet ou tout autre outil au vérin commandant le 5 mouvement du godet, par exemple d'une pelle hydraulique ou d'un chargeur. Les pelles hydrauliques et machines d'excavation présentent un bras articulé, dont le segment portant le godet, appelé le balancier, est pourvu d'un vérin commandant les mouvements du godet par l'intermédiaire d'une bielle ou deux bielles. Les pieds de ces bielles sont en liaison pivot avec le godet, et les têtes de bielles sont en liaison pivot avec l'extrémité de la tige de vérin. L'autre extrémité du vérin est en liaison pivot avec l'extrémité du balancier éloignée du godet. L' extrémité de la tige de vérin est également en liaison pivot avec les têtes de deux leviers parallèles disposés de part et d'autre du balancier et dont les pieds sont en liaison pivot avec le balancier. 15 Le système forme un parallélogramme déformable dans lequel la sortie de la tige du vérin induit un mouvement de fermeture du godet, tandis que la rentrée de celle-ci produit un mouvement d'ouverture inverse. Sur une pelle en configuration d'origine, le montage d'un accessoire tel q'un coupleur d'attache rapide décrit dans le brevet FR 2 657 596 délivré 20 à MORIN FRERES ne permet pas toujours le respect de la cinématique d'origine, et l'on constate parfois une diminution de l'angle de débattement total du godet. La présente invention a pour objet de proposer un dispositif permettant d'améliorer le débattement du godet, dans le sens de l'ouverture 25 comme dans le sens de la fermeture, et procurant un gain de l'effort développé sur le godet. Cet objectif est atteint par un dispositif permettant d'augmenter le débattement et l'effort développé par le godet ou tout autre outil d'une pelle hydraulique, caractérisé en ce qu'il comporte une bielle de longueur variable, la bielle étant composée de deux parties en liaison glissière et formant les extrémités d'un vérin de bielle, I'extrémité de la partie supérieure étant en liaison pivot avec l'extrémité de la tige du vérin actionnant le godet, l'extrémité de la partie inférieure de la bielle étant en liaison pivot avec le 5 godet, les variations de longueur de la bielle étant obtenues par l'actionnement du vérin de bielle, pour transformer son mouvement de translation en augmentation ou en diminution du débattement du godet. Selon une autre particularité, le dispositif est caractérisé en ce que le vérin de bielle est dimensionné de manière à supporter l'effort maximum io développé par l'embiellage entre le vérin de godet et le godet. Selon une autre particularité, le dispositif est caractérisé en ce que l'alimentation en pression hydraulique du vérin de bielle est couplée avec l'alimentation du vérin de godet, de sorte qu'une rétraction du vérin de godet provoque également une rétraction du vérin de bielle. Selon une autre particularité, le vérin de godet et le vérin de bielle sont actionnés simultanément, pour leur expansion comme pour leur rétraction. Selon une autre particularité, le dispositif est caractérisé en ce que le circuit d'alimentation comporte un clapet anti-retour et diviseur de débit sur 20 les deux conduits alimentant le vérin de bielle. Selon une autre particularité, les vérins sont actionnés de façon séquentielle, le vérin de bielle étant expansé une fois le vérin de godet entièrement expansé, et inversement le vérin de godet étant rétracté une fois le vérin de bielle entièrement rétracté. Selon une autre particularité, le dispositif est caractérisé en ce que le circuit d'alimentation comporte un clapet anti-retour et une électrovanne sur les deux conduits alimentant le vérin de bielle, un premier capteur de fin de course indiquant l'expansion complète du vérin de godet, un deuxième capteur de fin de course indiquant la rétraction complète du vérin de bielle. Selon une autre particularité, le dispositif est caractérisé en ce qu'un coupleur d'attache rapide est intercalé entre le balancier de la pelle et le godet, le coupleur présentant des formes et des dimensions compatibles avec l'encombrement de la bielle variable. Selon une autre particularité, le dispositif est caractérisé en ce que la tige du vérin de bielle est pourvue d'une pièce de protection. Selon une autre particularité, le dispositif est caractérisé en ce que l'axe de pivot de l'extrémité de la partie supérieure en liaison pivot avec la tige du vérin de godet est décalé en dessous de l'axe de symétrie et de io translation de la tige de vérin de bielle. Selon une autre particularité, le dispositif est caractérisé en ce que l'axe de pivot de l'extrémité inférieure de bielle en liaison pivot avec le godet est décalé en dessous de l'axe de symétrie et de translation de la tige de vérin de bielle. Selon une autre particularité, le dispositif est caractérisé en ce que l'extrémité inférieure du vérin de bielle se prolonge en une coque contenant le vérin de bielle et sa tige, deux ouvertures parallèles étant pratiquées sur les faces latérales de la coque pour permettre le passage d'un axe de fixation de l'extrémité supérieure du vérin de bielle. Selon une autre particularité, le dispositif est caractérisé en ce que l'extrémité du balancier articule par une liaison pivot une attache rapide, entraînée en rotation par l'extrémité du vérin de bielle en un point qui forme un triangle entre l'axe d'articulation du balancier et l'axe destiné aux moyens d'accrochage du godet sur le coupleur. Selon une autre particularité, le dispositif est caractérisé en ce que le dispositif d'attache rapide (6) comprend deux crochets et des moyens de verrouillage, permettant par une rotation relative du godet (2) par rapport à l'attache autour de l'axe des crochets, de réaliser automatiquement le verrouillage par le contact des moyens de verrouillage du coupleur à ceux 30 complémentaires du godet (2). L'invention, avec ses caractéristiques et avantages, ressortira plus clairement à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - les figures la et lb représentent un schéma du balancier muni 5 d'un vérin de bielle selon l'invention, le godet étant respectivement en position ouverte et fermée; - les figures 2a et 2b représentent des schémas d'alimentation hydraulique du vérin de bielle; les figures 3, 4 et 5 montrent des variantes de réalisation du l0 dispositif selon l'invention; - les figures 6a et 6b représentent un schéma du balancier d'une pelle hydraulique en configuration d'origine, sans vérin de bielle, le godet étant respectivement en position ouverte et fermée; - les figures 7a et 7b montrent une superposition des positions 1 5 angulaires extrêmes atteintes par le godet selon l'art antérieur et selon l'invention respectivement en position ouverte et en position fermée; - la figure 8 montre une courbe comparative du moment mesuré autour de l'axe de rotation du godet en fonction de l'angle de 20 rotation, ceci pour un vérin de bielle et pour une bielle d'origine. L'invention va maintenant être décrite en référence aux figures 6a, 6b, la et 1 b. Les figures 6a et 6b montrent un balancier (4) de pelle hydraulique, qui est le dernier segment du bras articulé de l'engin. Le balancier (4) est muni d'un vérin de godet (3) qui commande l'ouverture et la fermeture du 25 godet. L'extrémité (32) de la tige (31) du vérin de godet (3) est en liaison pivot avec une ou deux bielles (7a, 7b) liées au vérin de godet (3). Cette même extrémité de la tige (31) du vérin de godet (3) est également en liaison pivot avec l'extrémité supérieure de deux leviers (5a, 5b) disposés symétriquement de part et d'autre du vérin de godet (3). L'extrémité 30 inférieure de ces leviers (5a, 5b) est en liaison pivot avec le balancier (4). Le godet (2) est actionné par l'intermédiaire d'un dispositif de fixation rapide (6) de type connu. Sur la figure la, on peut voir le godet (2) en position ouverte, la tige (31) du vérin de godet (3) étant entièrement rentrée. On peut ainsi définir l'angle ac d'ouverture du godet dans le repère orthogonal direct formé 5 par l'axe du balancier X et l'axe orthogonal Y. Sur la figure 1 b, la tige (31) du vérin de godet (3) est entièrement sortie, et le godet est alors en position fermée. On peut ainsi définir l'angle P de fermeture du godet (2) dans le repère (X, Y). Les figures la et lb montrent un système similaire pourvu d'un vérin io de bielle (1) selon l'invention. Ce vérin de bielle (1) remplace les bielles (7a, 7b). Son extrémité supérieure (10) qui forme une fourche est en liaison pivot avec les leviers (5c, 5d) et avec l'extrémité (32) de la tige (31) du vérin de godet (3) et son extrémité inférieure (11) est en liaison pivot avec l'axe (60) d'un dispositif de fixation rapide (6) du godet (2). Les leviers (5c, 5d) peuvent être différents de la configuration d'origine du balancier pour assurer que la nouvelle cinématique permette un dégagement suffisant du vérin de bielle (1) par rapport au balancier (4) afin d'éviter tout contact entre ces deux pièces lors de la rotation du godet (2). La figure la montre le godet (2) en position ouverte, la tige (13) du vérin de bielle (1) et la tige (31) du vérin de godet (3) 20 étant toutes deux entièrement rentrées. Dans le repère orthogonal (X, Y), on définit alors l'angle o1 d'ouverture du godet (2). La figure lb montre le godet en position de fermeture, c'est-à-dire que les tiges des deux vérins sont entièrement sorties, et l'on définit alors l'angle 13 de fermeture du godet. La somme des angles a1 et 13 donne la valeur du débattement total obtenu 25 grâce à la modification de la cinématique apportée par le vérin de bielle (1). La valeur de ce débattement est bien sûr supérieure à la valeur du débattement d'origine, donnée par la somme des angles oc et ó mais la conception du vérin de bielle (1) permet aussi de répartir le gain en débattement. Ainsi, on pourra choisir d'augmenter au maximum l'angle 30 ac d'ouverture du godet (2), I'angle de fermeture D restant alors inchangé, ou bien d'augmenter au maximum l'angle de fermeture ó, l'angle d'ouverture ca restant identique à la configuration d'origine. Une solution intermédiaire consiste à répartir le gain en débattement entre l'ouverture et la fermeture. Le vérin de bielle (1) amène également une augmentation du moment appliqué au godet (2), qui se traduit par un gain d'effort en bout de dent, qui caractérise l'aptitude à creuser de la pelle hydraulique. Les figures 7a et 7b montrent par superposition les différences de position angulaire extrême Y en ouverture et ô en fermeture obtenues grâce à un dispositif selon l'invention et par une cinématique d'origine. Il ressort de ces figures un premier avantage: la fermeture plus importante obtenue avec io le vérin de bielle (1) permet une meilleure retenue du contenu du godet (2) lors des mouvements de l'engin. Sur la figure 8 sont tracées les courbes de moment autour de l'axe de rotation du godet en fonction de l'angle de rotation, ceci pour un vérin de bielle et pour une bielle d'origine. La figure 8 met ainsi en valeur un deuxième avantage important du vérin de bielle (1) par rapport à la configuration d'origine: cet avantage réside dans l'apport supplémentaire d'énergie dans le mouvement du godet. Il en résulte une augmentation significative du moment mesuré autour de l'axe d'articulation (40) du balancier (4). La courbe de moment obtenue avec un vérin de bielle se situe 20 au-dessus de la courbe de moment obtenue avec une bielle d'origine sur la quasi-totalité du débattement. Le gain en moment D, comme visible sur la figure 8, peut atteindre la valeur significative de 10%, et l'on retrouve également sur la figure 8 le gain de débattement G obtenu avec le vérin de bielle (1). Un exemple d'utilisation de l'invention va maintenant être décrit plus particulièrement en référence aux figures 2a et 2b. La figure 2a représente un schéma d'alimentation hydraulique du vérin de bielle (1). Le vérin de bielle (1) est alimenté en parallèle avec le vérin de godet (3) ce qui permet de les commander simultanément et sans action particulière du conducteur de 30 lI'engin. Le vérin de bielle (1) est alimenté directement par les sorties, du distributeur (8) de l'engin, qui alimentent le vérin de godet (3). Sur chaque conduit (83a, 83b) alimentant le vérin de bielle sont disposés un diviseur de débit (81a, 81b) et un clapet anti-retour (82a, 82b). Les diviseurs de débit (81 a, 81 b) permettent d'adapter les vitesses de sortie et de rentrée des deux vérins au fonctionnement désiré, en tenant compte de leur différence de 5 course. On pourra ainsi choisir de rendre le déplacement du vérin de bielle plus rapide ou plus lent que celui du vérin de godet, ou bien avoir des vitesses sensiblement identiques pour les deux vérins. Les deux clapets antiretour (82a, 82b) permettent d'assurer un blocage du vérin en cas de rupture intempestive des flexibles d'alimentation en maintenant une pression dans o les deux chambres du vérin de bielle (1), et de fonctionner provisoirement comme une bielle d'origine. Pour diminuer les risques d'arrachement des flexibles, les alimentations pourront être déportées au pied du vérin de bielle (1). L'alimentation hydraulique du vérin de bielle (1) et du vérin de godet 15 (3) pourra être assurée selon plusieurs lois de commande. Une commande en sortie et rentrée simultanée des tiges des deux vérins sera envisagée dans la plupart des cas. Cependant, dans le cas o le vérin est susceptible de poser des problèmes d'encombrement, et dans le but d'éviter tout contact entre le balancier (4) et le vérin de bielle (1), on pourra envisager une sortie 20 et une rentrée successive des tiges des deux vérins: la sortie du vérin de bielle (1) étant actionnée une fois le vérin de godet (3) sorti, la rentrée des vérins s'effectuant dans l'ordre inverse. La figure 2b montre un schéma d'alimentation permettant l'actionnement séquentiel des deux vérins: à la place des diviseurs de débit, on dispose deux électrovannes (84a, 84b). Ce 25 mode de fonctionnement nécessite également deux capteurs de fin de course (9a, 9b) , l'un (9b) de détection de position rétractée du vérin de bielle, l'autre (9a) de détection de position expansée du vérin de godet comme représenté sur la figure 2b. Lorsque les deux vérins sont expansés, l'électrovanne (84a) alimentant le vérin de bielle (1) est ouverte, et 30 l'électrovanne (84b) alimentant le vérin de godet (3) est en position fermée. L'actionnement des manettes de commande de la pelle par l'utilisateur va positionner le distributeur de façon à alimenter la canalisation (85) provoquant ainsi la rétraction du vérin de bielle (1) pendant que le vérin de godet (3) reste immobile. Lorsque le vérin de bielle est entièrement rétracté, le capteur (9b) fait passer l'électrovanne (84a) en position fermée et 5 l'électrovanne (84b) en position ouverte, ce qui a pour effet si la position du distributeur n'a pas été modifiée par l'utilisateur d'alimenter le vérin de godet pour amorcer la rentrée du vérin de godet (3). Lorsque les deux vérins sont rétractés, si l'utilisateur veut modifier la position de son outil, il actionne par les manettes le distributeur pour inverser le sens de circulation du fluide io hydraulique en alimentant la canalisation (86), les électrovannes ne changeant pas de position. La canalisation (86) alimentée provoque alors l'expansion du vérin de godet (3) pendant que le vérin de bielle (1) reste immobile. Lorsque le vérin de godet (3) est entièrement expansé, le capteur de fin de course (9a) active le changement de positions des deux électrovannes, l'électrovanne (84b) passe en position fermée et l'électrovanne (84a) en position ouverte, ce qui permet l'alimentation du vérin de bielle (1) pour commander son déplacement selon la canalisation alimentée. Le vérin de bielle (1) sera dimensionné en fonction de chaque 20 modèle de pelle hydraulique sur lequel on veut l'adapter. Ainsi le vérin de bielle devra pouvoir supporter l'effort maximum admissible entre le vérin de godet (3) et le vérin de godet (3). La connaissance de l'effort maximum développé par l'embiellage et de la pression nominale du circuit d'alimentation hydraulique de la machine détermine la section du vérin de 25 bielle. Sur les figures 3, 4 et 5, on peut voir différentes variantes de réalisation du dispositif selon l'invention. Dans tous les cas, I'extrémité supérieure (10) du vérin de bielle (1) est une fourche s'adaptant a l'extrémité (32) de la tige (31) du vérin de godet (3). La figure 3 présente un vérin de 30 bielle dont les axes de fixation de chaque extrémité sont alignés avec l'axe de symétrie (AA) du vérin de bielle. La variante de réalisation représentée sur la figure 4 est un vérin de bielle dont l'extrémité supérieure (10), en liaison pivot avec l'extrémité (32) de la tige (31) du vérin de godet (3) se situe en dessous de l'axe de symétrie (AA) du vérin de bielle. Cette disposition permet un dégagement du vérin de bielle (1) par rapport à l'axe de 5 pivotement (40) du balancier (4) évitant tout contact avec l'extrémité du balancier (4) lors de la rotation du godet (2). Cette disposition des extrémités du vérin de bielle (1) implique également des efforts de flexion qui créent un risque de flambement de la tige (12) du vérin de bielle (1). Pour éliminer ce risque de flambement, ce type de vérin de bielle (1) sera utilisé uniquement io avec une alimentation de type séquentielle telle que représentée sur la figure 2b, évitant ainsi de faire fonctionner les deux vérins simultanément. Dans ces deux variantes, une pièce de protection pourra être ajoutée pour protéger la tige (12) du vérin des agressions extérieures. La figure 5 montre une variante de réalisation de l'invention o I l'extrémité inférieure (11) du vérin de bielle est située en dessous de l'axe de symétrie et de translation (AA) du vérin de bielle (1) et est prolongée par une coque (13) entourant le vérin de bielle (1) et sa tige (12). Deux ouvertures (130) parallèles pratiquées sur les faces latérales de la coque (13), les ouvertures (130) débouchant à l'intérieur de la coque (13) permettent le 20 passage d'un axe de fixation de l'extrémité supérieure (10) du vérin de bielle (1) au vérin de godet (2) et aux leviers (5c, 5d). Ainsi la translation de la tige (12) du vérin de bielle (1) se fait intégralement à l'intérieur de la coque (13). Cette conception permet de reprendre les efforts de flexion de la tige dus au déport de l'extrémité inférieure (11) par rapport à l'axe de symétrie de la tige 25 (12), éliminant ainsi tout risque de flambement de la tige (12) du vérin de bielle (1). Les ouvertures (130) permettent une reprise de ces efforts tout au long de la course du vérin de bielle (1) ce qui autorise le fonctionnement simultané du vérin de bielle (1) et du vérin de godet (3). Dans une variante d'utilisation de l'invention le dispositif 30 d'accrochage rapide du godet n'est pas utilisé et le godet (2) est articulé directement d'une part sur le balancier (4) et d'autre part l'extrémité inférieure (11) du vérin de bielle (1) est rendue solidaire de façon démontable du godet (2) par une liaison en rotation. Il doit être évident pour les personnes versées dans l'art que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses 5 autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine d'application de l'invention comme revendiqué. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration mais peuvent être modifiés dans le domaine défini par la portée des revendications jointes. REVENDICATIONS 1. Dispositif permettant d'augmenter le débattement et l'effort développé par le godet ou tout autre outil d'une pelle hydraulique ou d'un chargeur, caractérisé en ce qu'il comporte une bielle de longueur variable, la 5 bielle étant composée de deux parties en liaison glissière et formant les extrémités d'un vérin de bielle (1), I'extrémité (10) de la partie supérieure étant en liaison pivot avec l'extrémité (32) de la tige (31)du vérin actionnant le godet (2), I'extrémité (11) de la partie inférieure de la bielle étant en liaison pivot avec le godet (2), les variations de longueur de la bielle étant obtenues io par l'actionnement du vérin de bielle (1), pour transformer son mouvement de translation en augmentation ou en diminution du débattement du godet (2). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le vérin de bielle (1) est dimensionné de manière à supporter l'effort maximum développé par l'embiellage entre le vérin de godet (3) et le godet (2). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation en pression hydraulique du vérin de bielle (1) est couplée avec l'alimentation du vérin de godet (3), de sorte qu'une rétraction du vérin de godet (3) provoque également une rétraction du vérin de bielle (1). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le vérin 20 de godet (3) et le vérin de bielle (1) sont actionnés simultanément, pour leur expansion comme pour leur rétraction. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit d'alimentation comporte un clapet anti-retour (82a,82b) et un diviseur de débit (81 a,81 b) sur les deux conduits (83a,83b) alimentant le vérin de bielle. 25 6. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les vérins sont actionnés de façon séquentielle, le vérin de bielle (1) étant expansé une fois le vérin de godet (3) entièrement expansé, et inversement le vérin de godet (3) étant rétracté une fois le vérin de bielle (1) entièrement rétracté. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit d'alimentation comporte un clapet anti-retour (82a, 82b) et une électrovanne (84a, 84b) sur les deux conduits (83a, 83b) alimentant le vérin de bielle (1), un premier capteur de fin de course (9a) indiquant l'expansion complète du 5 vérin de godet (3), un deuxième capteur de fin de course (9b) indiquant la rétraction complète du vérin de bielle (1). 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un coupleur (6) est intercalé entre le balancier (4) de la pelle et le godet (2), le coupleur (6) présentant des formes et des dimensions 10 compatibles avec l'encombrement de la bielle variable. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tige (12) du vérin de bielle (1) est pourvue d'une pièce de protection. 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé 15 en ce que l'axe de pivot de l'extrémité (10) de la partie supérieure en liaison pivot avec la tige (31) du vérin de godet (3) est décalé en dessous de l'axe de symétrie de la tige de vérin de bielle (1). 11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'axe de pivot de l'extrémité inférieure (11) de bielle en liaison pivot 20 avec le godet (2) est décalé en dessous de l'axe de symétrie et de translation de la tige (12) de vérin de bielle (1). 12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité inférieure (11) du vérin de bielle (1) se prolonge en une coque (13) contenant le vérin de bielle (1) et sa tige (12), deux rainures 25 parallèles débouchant étant pratiquées sur les faces latérales de la coque (13) pour permettre le passage d'un axe de fixation (100) de l'extrémité supérieure (10) du vérin de bielle. 13. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité du balancier (4) articule un dispositif d'attache rapide 30 (6), entraîné en rotation par l'extrémité du vérin de bielle (1) en un point formant un triangle entre l'axe (40) du balancier et l'axe des moyens de verrouillage destinés à solidariser le coupleur sur le godet (2) 14. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'attache rapide (6) comprend deux crochets et des 5 moyens de verrouillage, permettant par une rotation relative du godet (2) par rapport à l'attache autour de l'axe des crochets, de réaliser automatiquement le verrouillage par le contact des moyens de verrouillage du coupleur à ceux complémentaires du godet (2).