Brevet FR2892785A1 — publié le 20070504

DISPOSITIF DE SECURITE DE TRANSMISSION MECANIQUE PAR ENGRENAGE IRREVERSIBLE A L'ARRET L'invention se rattache au secteur technique des moteurs réducteurs applicables notamment dans le transfert de charge selon des fonctionnements réversibles. L'invention se rattache plus particulièrement à des ensembles moteurs réducteurs qui sont associés à des treuils pour le transfert de charge. Le problème posé à l'origine de l'invention a été celui du transport de véhicules par wagons sur deux niveaux, un niveau inférieur fixe, et un niveau supérieur défini par une plateforme mobile pouvant en situation repos horizontal recevoir un ou des véhicules, et en position fonctionnelle abaissée permettant le chargement ou déchargement des véhicules et similaires. L'exécution de cette manipulation s'effectue par des opérateurs physiques qui interviennent manuellement sur la commande de treuils associés à des réducteurs. Des moyens de transmission avec câbles, poulies de renvoi équipent les wagons. Les réducteurs utilisés sont du type roue et vis irréversibles et les arbres de commandes qui sont sollicités par des poignées ou barres de commande débordent du plan du wagon pour offrir un accès sur les deux côtés longitudinaux. En pratique, cette manipulation est peu pratique, génère des efforts sur la barre de commande pouvant aller jusqu'à 50 Kg. Si l'on considère le nombre de manipulations à exécuter par l'opérateur sur des trains de wagons et à longueur de journée, les solutions actuelles ne sont guère satisfaisantes. On a ainsi illustré figure 1 à titre d'exemple non limitatif le positionnement d'un dispositif de manoeuvre. Pour remédier à ces inconvénients, une première possibilité a été la recherche de la réduction des forces engendrées pour la manipulation par une conception de réducteurs plus complexes avec des coefficients de multiplication plus importants. Cette solution offre plusieurs contraintes, une augmentation du coût du dispositif et de son volume, un nombre de tours plus conséquent à réaliser par l'opérateur de par la démultiplication augmentée. Par ailleurs, l'utilisation de moyens de sécurité complémentaire reste nécessaire en égard des charges soulevées, de plusieurs voitures sur le même pont par exemple. Une autre solution a été envisagée avec l'utilisation de réducteurs irréversibles qui sont connus en soi pour assurer des fonctions de blocage et anti-retour lorsqu'un couple est exercé en sortie de réducteur. Dans l'exemple d'application à la base de la réflexion du Demandeur, ce type de matériel convient en terme de sécurité pour le maintien à l'arrêt en position horizontale de la plateforme supérieure réceptrice de charge telle que celle de plusieurs véhicules. Par contre, ce matériel est inapproprié pour répondre à la seconde fonction de la plateforme supérieure qui doit être abaissée pour permettre le chargement / déchargement des véhicules. L'environnement technique, à partir du problème posé ne permettait pas de résoudre ce dernier. Le Demandeur a alors recherché d'autres solutions qui répondent aux objectifs visés et finalement le Demandeur s'est orienté de manière inattendue sur l'utilisation de réducteurs réversibles en intégrant un dispositif de sécurité particulier objet de l'invention. Ce dispositif permet en situation normale de transport de charge d'utiliser les fonctions et les avantages du réducteur irréversible en bloquant en position d'arrêt la partie support de charge à solliciter, et en contrepartie en situation particulière de suspendre la fonction d'irréversibilité provisoirement pour exécuter par exemple une opération de transfert de charge. La solution mise au point par le Demandeur trouve bien sûr une application intéressante et judicieuse pour le transport de véhicules sur wagons, mais d'autres utilisations sont possibles appliquées au fonctionnement de treuils, de nacelles et similaires. 10 Selon une première caractéristique de l'invention, le dispositif de sécurité de transmission mécanique par engrenage irréversibles à l'arrêt, lesdits engrenages étant intégrés dans un boîtier de protection d'un ensemble réducteur avec au moins un arbre de commande pouvant être sollicité en sens 15 horaire ou antihoraire, ledit réducteur étant susceptible de coopérer avec des moyens du type treuil de manutention, est remarquable en ce qu'il comprend un arbre monté en parallèle par rapport à au moins un arbre de commande, ledit arbre étant monté non entraîné et pouvant tourner entre les parois du boîtier, et ayant une capacité de déplacement axial, ledit arbre recevant un 20 pignon baladeur et étant accouplé à celui-ci par un moyen de liaison et d'entraînement, ledit pignon baladeur étant commandé en rotation par rapport à l'arbre par l'arbre de commande, et en ce que ledit arbre est agencé de part et d'autres de la position du pignon baladeur avec des moyens autorisant selon le sens de rotation de l'arbre de commande une mise en position des 25 mécanismes en situation de fonction d'irréversibilité, et dans l'autre sens en position de désactivation de la fonction d'irréversibilité permettant temporairement et ponctuellement l'exécution d'une manoeuvre déterminée de transfert de charges.5 Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront bien de la suite de la description. Pour fixer l'objet de l'invention illustrée d'une manière non limitative aux figures des dessins où : - la figure 1 est une vue à caractère schématique illustrant l'application du dispositif de l'invention sur un wagon de transport de véhicule. - la figure 2 est une vue du dispositif de sécurité matérialisé dans son ensemble par (D) à l'intérieur d'un boîtier de réducteur qui est associé à d'autres mécanismes en vue du transfert de mouvement sur le tambour d'un treuil de manutention. - la figure 3 est une vue partielle en coupe montrant le dispositif de l'invention, le pignon baladeur n'étant pas représenté pour la clarté et la compréhension de l'invention. - la figure 4 est une vue partielle en coupe selon la figure 3 de l'ensemble du dispositif de l'invention avec le pignon baladeur, et ce, en fonctionnement descente de la charge. - la figure 5 est une vue partielle en coupe selon la figure 3 de l'ensemble du dispositif de l'invention avec le pignon baladeur, et ce, en fonctionnement montée de la charge. Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit maintenant d'une manière non limitative illustrée aux figures des dessins. Pour la compréhension de l'invention, on a illustré à titre non limitatif son application sur les wagons de transport de véhicules. Figure 1, un wagon (A) a été représenté avec une plateforme inférieure fixe (Al) et une plateforme supérieure (A2) mobile par rapport à une extrémité en pouvant recevoir des véhicules. L'abaissement contrôlé et sécurisé de cette plateforme s'effectue par l'utilisation d'un réducteur associé à un treuil avec tambour sur lequel s'enroule des câbles, et les moyens de transmission par engrenage classique. Pour permettre les manipulations de chaque côté du wagon, deux arbres sont montés traversants parallèles, avec leurs extrémités débordantes pour autoriser le positionnement de moyens de commande manuel à barre ou similaire. On a ainsi représenté figure 2 la position des deux arbres de commande participant à la mise en oeuvre de l'invention. En se référant à la figure 2, la partie réducteur est incluse dans un boîtier de configuration parallélépipédique avec intérieurement deux zones (Z1) (Z2), la zone (Z1) recevant l'arbre de transmission (6) selon un axe xx dans un plan transversal au boîtier (B). L'arbre (6) déborde dudit boîtier pour recevoir un engrenage à denture conique (6a) coopérant avec un autre engrenage de renvoi à denture conique (6b) perpendiculaire monté avec les moyens de transmission nécessaires pour la commande du tambour (T) d'un treuil de manutention par exemple. Ainsi le boîtier est accouplé avec un autre corps récepteur (R) de moyens de transmission dont l'un coopère avec la sortie de l'arbre (6). Ledit corps est accouplé quant à lui au tambour (T) récepteur des câbles à enrouler ou à dérouler. La zone (Z2) du boîtier reçoit les moyens de l'invention. Deux arbres (7) et (8) sont disposés transversaux dans le boîtier et sont parallèles à l'arbre (6). Des pignons (1), (2), (3), (5) sont ainsi montés respectivement sur l'arbre (6) pour le pignon (1), sur l'arbre (7) pour les pignons (2) et (3), sur l'arbre (8) pour le pignon (5), pour permettre le transfert des mouvements. Les rapports dimensionnels des pignons sont établis de manière appropriée. Des moyens de roulement conventionnels sont disposés dans des logements récepteurs établis sur les faces latérales en regard du boîtier. Le dispositif de sécurité (D) selon l'invention s'intègre ainsi de la manière suivante en incluant les moyens ci-après dont la fonction originale sera de permettre selon les phases de fonctionnement le maintien de l'irréversibilité du réducteur à l'arrêt. Plus particulièrement, le dispositif inclut un arbre fileté (9) non entraîné disposé dans un plan parallèle aux autres arbres (7) et (8) en étant positionné et fixé par ses extrémités dans des parois aménagées du boîtier et pouvant tourner entre les parois du boîtier. Cet arbre fileté est sensiblement décalé dans le plan par rapport aux arbres (7) et (8). L'arbre (9) reçoit dans sa partie centrale filetée (9.1) un pignon baladeur (4) qui est lui-même taraudé sur toute son épaisseur pour une meilleure répartition du couple à transmettre, ainsi qu'un meilleur guidage. Le pignon baladeur (4) est à déplacement axial et est susceptible de tourner librement sur l'arbre (9) de part ses contacts et prises avec les pignons (3) et (5). Sous-jacent au pignon baladeur (4) sont disposés une roue libre (10) montée serrée sur l'arbre (9), ainsi qu'une pièce de friction (11) conformée en cuvette et entourant sur l'extérieur ladite roue libre dans une fonction anti- retour. Ce sous-ensemble constitué par la roue libre (10) et la pièce de friction est en contact permanent avec une seconde pièce de friction (12) montée autour de l'extrémité de l'arbre et de manière flottante à l'encontre de moyens (13) ayant une capacité élastique de déformation. La pièce de friction flottante (12) présente une configuration en cuvette dont la face de fond est en contact et appui avec la face de fond de la pièce de friction fixe (11), et dans la partie cuvette, elle reçoit le moyen (13) établi par exemple sous forme de deux rondelles dites Belleville réglées pour un couple suffisant créant un couple résiduel statique sur l'arbre (9). Les rondelles (13) prennent appui sur une bague de roulement de maintien qui vient en léger débordement de l'extrémité de l'arbre (9). A cet endroit seront prévus des moyens (26) et (27) permettant de réajuster le couple de calage en cas d'usure des moyens de friction (11) et (12). Il s'agit essentiellement d'une plaque rondelle (26) centrée dans l'ouverture de guidage de l'arbre (9), avec une vis de compression (27) traversant une bride de maintien fixée à la paroi en regard du boîtier. La rondelle (26) prend appui sur la bague extérieure de l'organe de roulement de l'arbre (9). La bague de friction (12) flottante se déplace axialement et est maintenue en position radiale par des doigts (28) ou ergots de positionnement fixés à partir de la paroi intérieure en regard du boîtier. A l'opposé de ces premiers moyens disposés sur l'arbre (9) d'un côté de celui-ci, on décrit ci-après l'agencement complémentaire de l'autre 25 extrémité de l'arbre (9). Tout d'abord, l'autre extrémité de l'arbre (9) présente au-delà de la partie filetée, une portée de section (9b) plus réduite définissant un épaulement (9c) en venant se centrer dans un logement prévu à cet effet dans la paroi en regard dudit boîtier récepteur. Soit la paroi présente un logement borgne comme cela est représenté aux figures 3, 4 et 5, soit le logement est débouchant et une bride de fermeture est disposée et vient en regard de l'extrémité dudit arbre. Une butée à aiguilles (16) est ainsi disposée entre la paroi ou logement formé dans ladite paroi du boîtier et la partie épaulée de l'arbre (9) pour assurer ou non un contact selon les phases de fonctionnement, avec ou non une immobilisation totale du pignon baladeur (4). En outre, le pignon baladeur (4) est agencé avec une ouverture radiale (4a) pour la réception d'une goupille d'entraînement (22). Il est prévu un jeu indispensable entre le diamètre de la goupille solidaire de l'arbre (9) et le diamètre du trou (9d) formé dans le trou récepteur de ladite goupille dans le pignon baladeur et autoriser, ainsi qu'il apparaît aux figures des dessins, le fonctionnement du dispositif dans les différentes phases de chargement ou déchargement. La construction du dispositif et le positionnement des éléments constitutifs ayant été décrits, il y a lieu alors d'exposer le fonctionnement du dispositif de sécurité en faisant référence par exemple et non limitativement à l'application aux wagons de transport de véhicules. Mise en situation La charge qui est en aval crée une inversion de sens de toute la chaîne cinématique interne par apport au sens préférentiel des arbres de commande (7) et (8). Le pignon baladeur (4) à déplacement axial est sollicité et va tourner librement sur l'arbre (9) qui est équipé avec les moyens limiteurs de couple statique, à savoir les deux bagues anti-friction fixe (11) flottante (12). Le pignon baladeur va venir faire un effort de serrage sur les butées à aiguilles (16) qu'il va rencontrer, d'où une immobilisation totale du pignon baladeur (4), ainsi que de l'ensemble de la cinématique. On est en situation d'irréversibilité. Descente de la charge Il convient d'agir et de commander soit l'arbre (7), soit l'arbre (8) par tous moyens, manuel, électrique, pneumatique. L'effort exercé entraîne le pignon baladeur (4) et la goupille d'entraînement (22) sur l'arbre (9). Cette action sera suffisamment importante pour permettre l'entraînement lors d'une manoeuvre d'un couple supérieur au couple statique des moyens limiteurs de couple (11-12). En se référant à la figure 4, on voit que la goupille (22) vient en appui vers la gauche contre le pignon baladeur. Dans cette configuration de descente de la charge, tous les composants sont sollicités et la roue libre est en prise. Les pièces de friction (11) et (12) créent un couple résiduel statique sur l'arbre (9), celui-ci devenant un anti-retour statique permanent permettant la retenue de la charge maximum déterminée pour chaque application. Lesdites pièces de friction (11-12) qui assurent le freinage statique sur l'arbre (9) ne sont sollicitées seulement et uniquement dans la configuration de la descente permettant une retenue de la charge à descendre. Dans cette situation, le réducteur est en situation de fonctionnement irréversible. Montée de la charge En se référant à la figure 5, l'un des arbres (7) ou (8) est sollicité et manoeuvré dans le sens horaire. Les pignons (3) ou (5) entraînent le pignon baladeur (4) en translation. La goupille d'entraînement (22) montée sur l'arbre (9) et sollicitée par le pignon baladeur (4) entraîne l'arbre (9) qui est légèrement décalé et détaché de tout contact avec la butée à aiguille (16) en faisant apparaître un jeu (J) minime de quelques dixièmes de millimètres, mais suffisant pour désaccoupler l'ensemble et supprimer temporairement la fonction irréversibilité . En se référant à la figure 5, la position de la goupille (22) est déplacée par rapport au pignon baladeur en opposition à la position illustrée figure 4. Dans cette situation, la roue libre (10) n'est plus en prise, et de ce fait, il n'y a plus de contrainte transférée du couple statique résiduel due à l'entraînement du limiteur de couple. On obtient un rendement optimum de la chaîne cinématique quel que soit l'arbre (7) ou (8) de commande utilisé. Lorsque la manoeuvre de montée est stoppée, l'effort de la charge sur le treuil opère un léger retour en arrière de quelques degrés. La chaîne des pignons (1, 2, 3) sollicite instantanément le pignon baladeur (4) qui vient à nouveau en butée sur le roulement à butée à aiguilles (16) en créant à nouveau une situation d'irréversibilité. Tous les composants de la chaîne cinématique sont en attente d'une nouvelle manoeuvre. Ainsi, le dispositif de sécurité objet de l'invention est susceptible d'agir ponctuellement et temporairement sur les composants du réducteur réversible pour assurer de manière originale le désaccouplement du pignon baladeur pour suspendre le temps de l'opération de manoeuvre de la charge. La fonction d'irréversibilité connue et assurant toute la stabilité et la sécurité de l'installation dans laquelle le dispositif de l'invention est préservé, et ce, même sous un effet permanent de charge sur le treuil. L'utilisation de deux arbres de commandes (7-8) permet d'obtenir par le montage de pignons qui leur sont associés des rapports de vitesse différents et permettant d'exercer des efforts variables selon le rapport choisi entre les deux arbres de commande (7-8). L'invention s'applique aussi dans le cas où il n'y a qu'un seul arbre de commande. On a cité à titre d'exemple l'application de l'invention à la manutention par treuil de plateforme de wagons. En pratique, l'invention peut être utilisée dans toutes les opérations de transfert de charge.15 REVENDICATIONS -1- Dispositif de sécurité de transmission mécanique par engrenages irréversibles à l'arrêt, lesdits engrenages étant intégrés dans un boîtier de protection d'un ensemble réducteur avec au moins un arbre de commande pouvant être sollicité en sens horaire ou antihoraire, ledit réducteur étant susceptible de coopérer avec des moyens du type treuil de manutention, caractérisé en ce qu'il comprend un arbre (9) monté en parallèle par rapport à au moins un arbre de commande (7-8), ledit arbre (9) étant monté non entraîné et pouvant tourner entre les parois du boîtier, et ayant une capacité de déplacement axial, ledit arbre recevant un pignon baladeur (4) et étant accouplé à celui-ci par un moyen de liaison (22) et d'entraînement, ledit pignon baladeur étant commandé en rotation par rapport à l'arbre (9) par l'arbre de commande (7-8), et en ce que ledit arbre est agencé de part et d'autres de la position du pignon baladeur avec des moyens autorisant selon le sens de rotation de l'arbre de commande une mise en position des mécanismes en situation de fonction d'irréversibilité, et dans l'autre sens en position de désactivation de la fonction d'irréversibilité permettant temporairement et ponctuellement l'exécution d'une manoeuvre déterminée de transfert de charges. -2-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre (9) reçoit dans sa partie centrale filetée (9.1) un pignon baladeur (4) qui est lui-même taraudé sur toute son épaisseur pour une meilleure répartition du couple à transmettre, ainsi qu'un meilleur guidage, et en ce que le pignon baladeur (4) est à déplacement axial et est susceptible de tourner librement sur l'arbre (9) de part ses contacts et prises avec les pignons (3) et (5), et en ce que, le pignon baladeur (4) est agencé avec une ouverture radiale (4a) pour laréception d'une goupille d'entraînement (22), l'arbre présentant un trou (9d) de réception de la goupille, et en ce qu'un jeu entre le diamètre de la goupille solidaire de l'arbre (9) et le diamètre du trou (9d) formé dans le trou récepteur de ladite goupille dans le pignon baladeur autorise le basculement limité de ladite goupille. - 3- Dispositif selon les revendications 1 et 2 ensemble, caractérisé en ce que sous-jacent au pignon baladeur (4) sont disposés une roue libre (10) montée serrée sur l'arbre (9), ainsi qu'une pièce de friction (11) conformée en cuvette et entourant sur l'extérieur ladite roue libre dans une fonction anti-retour, et en ce que ce sous-ensemble est en contact permanent avec une seconde pièce de friction (12) montée autour de l'extrémité de l'arbre et de manière flottante à l'encontre de moyens (13) ayant une capacité élastique de déformation. - 4- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pièce de friction flottante (12) présente une configuration en cuvette dont la face de fond est en contact et appui avec la face de fond de la pièce de friction fixe (11), et dans la partie cuvette, elle reçoit le moyen (13) établi sous forme de deux rondelles dites Belleville réglées pour un couple suffisant créant un couple résiduel statique sur l'arbre (9). 5-Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que les rondelles (13) prennent appui sur une bague de roulement de maintien qui vient en léger débordement de l'extrémité de l'arbre (9), et en ce que des moyens (26) et (27) disposés en extrémité permettent de réajuster le couple de calage en cas d'usure des moyens de friction (11) et (12).- 6- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens (26) (27) sont constitués par une plaque rondelle (26) centrée dans l'ouverture de guidage de l'arbre (9), avec une vis de compression (27) traversant une bride de maintien fixée à la paroi en regard du boîtier. - 7 Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la bague de friction (12) flottante se déplace axialement et est maintenue en position radiale par des doigts (28) ou ergots de positionnement fixés à partir de la paroi intérieure en regard du boîtier. 10 - 8- Dispositif selon les revendications 1 et 2 ensemble, caractérisé en ce que l'autre extrémité de l'arbre (9) présente au-delà de la partie filetée, une portée de section (9b) plus réduite définissant un épaulement (9c) en venant se centrer dans un logement prévu à cet effet dans la paroi en regard dudit 15 boîtier récepteur, et en ce qu'une butée à aiguilles (16) est disposée entre la paroi ou logement formé dans ladite paroi du boîtier et la partie épaulée de l'arbre (9) pour assurer ou non un contact selon les phases de fonctionnement, avec ou non une immobilisation totale du pignon baladeur (4). 20