Brevet FR2900168A1 — publié le 20071026

Coupleur pour engin de travaux à déverrouillage mixte Le domaine de l'invention est relatif à un coupleur ou dispositif d'accrochage permettant l'attache rapide d'un outil, godet ou analogue, à l'extrémité du bras articulé d'une machine d'excavation ou pelle hydraulique ou engin analogue. L'invention concerne plus particulièrement le mode de déverrouillage du coupleur avec l'outil. Les engins de type machine d'excavation ou pelle hydraulique comportent en bout de bras un parallélogramme déformable, mu par un vérin, qui permet la rotation et le déplacement d'un outil, par exemple un godet. Cet outil est fixé avantageusement de façon amovible par l'intermédiaire d'un coupleur, également appelé attache rapide . Il est connu par le brevet n FR 2 657 596 délivré à Morin Frères un dispositif d'attache rapide d'un godet sur une pelle hydraulique. Le dispositif enseigné est un coupleur qui permet la fixation d'un godet sur l'extrémité du 15 bras articulé de l'engin sans l'intervention d'une autre personne que le conducteur de l'engin, et sans que celui-ci ait à quitter sa cabine. Le coupleur est fixé au bras articulé et est constitué par deux crochets venant s'arrimer sur une poutre cylindrique solidaire du godet. La position du godet dans les crochets est maintenue par un système de verrouillage automatique. Le 20 système de verrouillage du coupleur sur le godet comprend au moins une came montée en rotation sur le coupleur et entraînée par un ressort pour venir en contact d'une face d'appui du godet. Le déverrouillage est réalisé manuellement par le conducteur de l'engin, à l'aide d'une clé formant un bras de levier. Un tel coupleur est fiable et performant mais le brevet FR 2 25 657 596 enseigne un déverrouillage manuel sans donner la possibilité d'adapter un dispositif de déverrouillage hydraulique. II est connu par la demande de brevet EP 0 671 513 appartenant à Morin Frères un coupleur de même type que celui du brevet FR 2 657 596. Ce coupleur comporte de plus un dispositif hydraulique de déverrouillage, le 30 déverrouillage étant ainsi réalisé depuis la cabine par le conducteur de l'engin. Ce coupleur est remarquable en ce qu'il permet un verrouillage et un déverrouillage de l'outil à distance par le conducteur de l'engin mais la demande de brevet EP 0 671 513 propose un dispositif complexe apte au déverrouillage hydraulique et très éloigné par son principe d'un dispositif de déverrouillage strictement manuel. Le problème technique pour le constructeur des coupleurs de l'un des deux types ci-dessus est que la fabrication des pièces pour un coupleur à déverrouillage hydraulique ou pour un coupleur à déverrouillage manuel, est spécifique au mode de déverrouillage du coupleur. D'autre part les ~o appareils existants imposent à l'utilisateur de choisir à priori son dispositif de déverrouillage. Ces inconvénients pénalisent le constructeur en termes logistiques et de coût de la fonction déverrouillage. La présente invention a pour objet de proposer un dispositif d'accrochage dont le déverrouillage, pour séparer l'outil du coupleur est rs réalisé par un dispositif manuel ou par un dispositif hydraulique de façon mixte grâce à des structures comportant un maximum de composants identiques pour permettre une optimisation de la fabrication industrielle et pouvoir adapter le dispositif coupleur pour un fonctionnernent hydraulique ou mécanique. 20 Cet objectif est atteint par un coupleur comprenant : - des moyens de fixation sur un bras d'engin de travaux, - des crochets de support d'une poutre d'un outil, - une came montée en rotation sur le coupleur et disposée pour venir en contact sur une face d'appui de l'outil dans au moins une position de 25 verrouillage de l'outil avec le coupleur, caractérisé en ce que : - la came est entraînée vers sa position de verrouillage au moyen d'un ressort en compression entre un dispositif d'arrêt monté dans un alésage du coupleur et une première face d'un piston mobile dans ledit 3o alésage et relié à une bielle liée d'autre part à la came par une articulation, - une chambre est formée par le piston et un fond de l'alésage ouvert par un conduit d'alimentation, le piston comportant une rainure périphérique, la came comprend des moyens de liaison avec un objet de déverrouillage qui permet d'exercer un couple de déverrouillage sur la came. Un objectif est de proposer un déverrouillage hydraulique du coupleur. Selon cet objectif, un joint d'étanchéité étant placé dans la rainure périphérique du piston, des moyens de distribution de liquide sous pression dans la chambre sont reliés par un raccord au conduit d'alimentation pour agir sur une deuxième face du piston opposée à la première face soumise à l'action du ressort et pousser la bielle entraînant la came de la position de lo verrouillage vers une position de déverrouillage, pour réaliser un déverrouillage hydraulique du coupleur. Un autre objectif est de proposer un déverrouillage manuel du coupleur. Selon cet objectif, l'objet de déverrouillage est une clé coopérant 15 avec la came et comprenant un levier sur lequel est appliquée une force de déverrouillage pour exercer le couple de déverrouillage et entraîner la came en rotation vers une position de déverrouillage, comprimant le ressort en appui entre le piston et l'arrêt au moyen de l'effort transmis par la bielle pour réaliser un déverrouillage manuel du coupleur. 20 Selon une autre particularité, un bouchon ferme le conduit d'alimentation, le piston étant monté sans joint dans l'alésage et comportant un perçage ou une rainure longitudinale débouchant dans la rainure périphérique et mettant en communication la chambre avec une partie de l'alésage contenant le ressort. 25 Un autre objectif concerne des innovations pour les deux modes de fonctionnement en déverrouillage hydraulique ou manuel. Selon cet objectif les articulations entre la bielle et le piston, entre la bielle et la came et entre la came et le coupleur sont réalisées au moyen de matériaux lubrifiés à vie. 3o Selon une autre particularité, un capot en appui sur le coupleur et sur une face plane latérale de la came, perpendiculaire à l'axe de rotation de la came, ferme de façon étanche un espace comprenant la bielle, le ressort, et une partie dans laquelle est réalisée l'articulation entre la bielle et la came. Selon une autre particularité, les crochets, les portées cylindriques de support d'un arbre de rotation de la came et l'alésage pour le piston, sont réalisés à partir d'une même pièce de fonderie usinée. Selon une autre particularité, le coupleur comprend au moins un deuxième alésage, un deuxième piston, un deuxième ressort, un deuxième conduit d'alimentation et une deuxième bielle pour réaliser une double commande de la came. ~o L'invention, avec ses caractéristiques et avantages, ressortira plus clairement à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : -la figure 1 représente une vue en perspective du coupleur à déverrouillage mixte selon l'invention ; 15 - la figure 2 représente une vue en coupe du coupleur à déverrouillage mixte selon l'invention ; - la figure 3 représente une vue de côté du coupleur selon l'invention utilisé par un engin d'excavation ; - la figure 4 représente une vue de côté du coupleur selon 20 l'invention disposé sur un bras et lié à un godet ; - la figure 5 représente une vue en perspective d'un coupleur selon l'invention lié à un godet ; - les figures 6 à 8 représentent des vues de côté de trois positions successives de la came du coupleur lors de l'accrochage automatique ; 25 - la figure 9 représente une vue en coupe du dispositif de commande selon l'invention et un mode de déverrouillage hydraulique ; -la figure 10 représente une vue de côté d'une clé de déverrouillage manuel ; la figure 11 représente une vue en coupe du dispositif de 3o commande selon l'invention et un mode de déverrouillage manuel par la clé représentée à la figure 10 ; - la figure 12 représente une vue en coupe passant par l'axe de rotation de la came selon l'invention ; - la figure 13 est une vue en perspective du piston selon l'invention ; - la figure 14 est une vue partielle en coupe du piston disposé dans 5 l'alésage du coupleur ; - la figure 15 est une vue en perspective du coupleur à deux pistons et deux bielles selon l'invention. L'invention va maintenant être décrite en référence aux figures précédemment citées. Comme représenté sur les figures 3 et 4, le coupleur to (200) est fixé sur un bras (3) lequel est relié à une flèche (2) d'une pelle (1) hydraulique ou d'un engin assimilé. Le coupleur (200) selon l'invention permet de maintenir fixement un godet (100). Après que le coupleur (200) et le godet aient été verrouillés ensembles, le bras (3) peut réaliser un mouvement de rotation de l'ensemble composé du godet et du coupleur, en 15 agissant sur deux axes parallèles entre eux, maintenus dans des paliers du coupleur. Comme représenté aux figures 1 et 2, une partie inférieure forme une mâchoire (211, 201), prévue pour raccorder un godet (100) ou un autre outil. La mâchoire est formée par deux crochets (201) de préhension semicirculaires et par au moins une came (211) de verrouillage pivotant selon un axe (202), autour d'un arbre (221). Les crochets (201) sont liés entre eux par au moins un pont (224) transversal, et deux bossages (226) sont prévus à l'opposé des crochets (201) pour être traversés par deux perçages (212) et pour servir de support à l'arbre (221) de rotation de la came (211). Les 25 crochets (201) de type semi-circulaires sont coaxiaux et accueillent une poutre (112, fig. 5) d'accrochage appartenant à l'outil, comme par exemple le godet (100). La came (211) de verrouillage est destinée à venir en contact sur une face d'appui (110) pour réaliser le verrouillage. L'accrochage automatique du godet sur le coupleur selon l'invention, 30 est réalisé grâce à la came (211) poussée vers sa position de verrouillage sous l'action d'un ressort (208). Le bras (3) de l'engin est piloté de façon à placer les crochets (201) de préhension sous la poutre (112) d'accrochage du godet (100). Le bras (3) est ensuite commandé selon une translation verticale, pour soulever l'outil (100) qui se trouve alors orienté par rapport au coupleur (200) mais libre en rotation. Puis le bras (3) est piloté de façon à faire pivoter le coupleur (200) qui place la came en appui sur le bec (111) lié à l'outil, comme représenté à la figure 6. La came (211) poussée par le bec (111) pivote dans le sens inverse du verrouillage, jusqu'à ce que la pointe de la came (221) soit en contact avec la pointe du bec (111), comme représenté à la figure 7. Le contact entre pointes est suivi d'un pivotement dans le sens du verrouillage de la came (211) sous l'action du ressort (208), la came (211) venant en appui sur la surface (110) située à l'extrémité du bec (111). Le godet (100) est alors verrouillé avec le coupleur (200), comme représenté à la figure 8. La présente invention est d'abord nouvelle par sa structure. La came (211) dont le verrouillage est automatique, est en effet actionnée par une bielle (209) liée à la came par une articulation (213, fig. 2) d'axe parallèle à l'axe (202) de rotation de la came (211). D'autre part la bielle (209) est liée à un piston (205) de commande, par une articulation (206), le piston (205) étant mobile en translation dans un alésage (203, fig.1) réalisé dans le corps du coupleur (200). Le piston (205) de commande est actionné par un ressort (208) qui pousse le piston vers le fond de l'alésage (203), le ressort (208) étant à son autre extrémité en appui contre un segment d'arrêt (210). Le diamètre du ressort (208) est proche du diamètre de l'alésage (203) de façon à ce que le ressort (208) soit traversé par la bielle (209) articulée sur la came (211). Sous l'action du ressort (208), le piston (205) tend à tirer la bielle (209) vers le fond de l'alésage, faisant tourner la came (211) autour de son axe (202) vers sa position de verrouillage. Dans d'autres modes de réalisation, le ressort (208) est en appui contre un anneau vissé dans l'alésage (203) ou contre deux tiges traversant l'alésage (203) du coupleur (200) de chaque côté de la bielle (209). Dans les différentes phases du verrouillage, le ressort sera plus ou moins comprimé. Le contact de la came (211) sur le bec: (111) va comprimer progressivement le ressort comme représenté à la figure 6 et ceci jusqu'à une valeur proche du maximum à la position de contact entre la pointe du bec et la pointe de la came (211), représentée à la figure 7. Le ressort se détend ensuite pour placer la came dans une position de verrouillage représentée à la figure 8. Dans cette position, le piston (205) est à une distance non nulle du fond de son alésage (203), qui correspond à une réserve de course permettant le rattrapage du jeu pouvant survenir entre la lo surface d'appui (214) de la came (211) et la face d'appui (110). Pour le déverrouillage, une action directe sur la came est possible dans le sens de la compression du ressort par l'intermédiaire d'une clé manuelle (400, fig. 10) comportant des moyens (401, 403) de fixation sur la came (211) et un levier (402) d'application d'une force de déverrouillage. La 15 clé est en effet fixée à la came (211) et en appui sur celle-ci, le levier (402) permettant à l'utilisateur d'exercer un couple de déverrouillage sur la came autour de son axe de rotation. Ce déverrouillage manuel à l'aide de la clé amovible (400) en appui sur la came (211) permet donc de dégager la surface de contact de la came (214) de la face d'appui sur l'outil (110). L'outil 20 (100) se dégage alors par son propre poids en pivotant dans les crochets (201) du coupleur pour être ensuite déposé au sol et écarté des crochets (201) par le pilotage du bras (3). De manière non limitative, les moyens de fixation de la clé sur la came comprennent un trou (401) venant autour d'un téton (215, fig.2) de la 25 came, une surface (403) d'appui de la clé venant en contact avec le corps de la came (211). Dans un autre mode de réalisation le téton de fixation appartient à la clé et s'enclenche dans un trou appartenant à la came. Dans un autre mode de réalisation la clé comporte un doigt de préhension venant en appui contre 30 le bord d'attaque de la surface (214) de la came (211) et le corps de ladite came, pour exercer un couple de déverrouillage. De plus le piston (205) forme une chambre (220) avec l'alésage (203), rendue étanche par un joint (207, fig. 9). Cette chambre expansible (220) alimentée en fluide hydraulique permet de réaliser une poussée sur le piston (205) comprimant le ressort (208). Le déverrouillage hydraulique demande l'adjonction d'un bloc de commande sur la pelle hydraulique permettant de dévier l'énergie hydraulique de la machine vers la chambre (220) de l'actionneur constituée par le piston (205) muni de son joint (207) coulissant dans l'alésage (203). En référence à la figure 9, l'huile est amenée par une canalisation ro (223) au travers du raccord hydraulique (204) dans l'alésage (203) pour faire avancer le piston (205) en comprimant le ressort (208) vers l'anneau d'arrêt (210). Le piston (205) en translation pousse la bielle (209) qui transforme le mouvement de translation du piston (205) en un mouvement de rotation de la came (211), dans le sens du déverrouillage. Le déverrouillage hydraulique rs est ainsi réalisé à distance par l'opérateur de la machine. La présente invention permet donc deux modes de déverrouillage. Le passage du mode de déverrouillage manuel (fig. 11) au mode de déverrouillage hydraulique (fig. 9), se limite au rajout au système en mode manuel du joint (207) et du raccord (204) au circuit hydraulique. 20 Le coupleur (200) est par exemple réalisé par une pièce de fonderie comportant, de manière non limitative, dans sa partie arrière, le dispositif de verrouillage selon l'invention. Ledit dispositif peut alors être complètement intégré dans la fonderie permettant notamment de protéger la came (211) et tout le système de verrouillage contre d'éventuels chocs provoqués par des 25 rochers saillants. Dans un autre mode de réalisation, le coupleur est mécano soudé et usiné pour réaliser les mêmes surfaces fonctionnelles. Le piston (205) selon l'invention, représenté aux figures 13 et 14, comprend des surfaces (229) de guidage dans l'alésage (203) dans lequel le 30 piston (205) est disposé. Un trou cylindrique (228) est réalisé dans le piston (205) et est destiné à accueillir l'axe autour duquel s'articule la bielle (209). Le piston (205) coulisse dans l'alésage (203) entre une position déverrouillée dans laquelle le ressort (208) est comprimé et une position verrouillée, dans laquelle le piston (205) est dans une position rapprochée du fond de l'alésage (203). Dans un mode de fonctionnement de déverrouillage manuel, la s rainure (227) de logement du joint (207) à la périphérie du piston est vide. La rainure (227) périphérique est similaire à une gorge autour du piston. Le piston comporte un canal de circulation de l'air reliant la chambre (220) située au fond de l'alésage (203) avec la partie de l'alésage (203) accueillant le ressort (208). Ce canal est coupé par la rainure (227) de logement du joint io (207). De manière non limitative, le canal de circulation de l'air est réalisé par un perçage (217) longitudinal ou par une rainure (216) longitudinale. Ce canal traverse le piston de part en part. et débouche, dans la rainure (227) de logement du joint. Dans l'exemple d'une rainure (216) longitudinale réalisée sur la face externe du piston (205), la profondeur de la rainure 15 longitudinale n'excède pas celle de la rainure (227) de logement du joint (207). Ainsi pour le fonctionnement en mode manuel, le canal de circulation laisse passer l'air d'un côté du piston à l'autre pour n'en pas gêner le fonctionnement. Dans cette forme d'exécution, le conduit (223) d'alimentation peut être totalement fermé pour protéger le piston des agressions 20 extérieures. Dans un mode de déverrouillage hydraulique, l'étanchéité de la chambre (220) formant actionneur, est réalisée en plaçant un joint (207) dans la rainure (227), comme représenté à la figure 14. Le trou (217) et/ou la rainure (216) longitudinaux sont ainsi fermés par le joint (207). Le conduit 25 (223) d'alimentation débouche à l'extérieur du coupleur (200) au niveau d'un raccord (204) hydraulique destiné être relié à un dispositif de commande hydraulique. Un capot (218) de fermeture est représenté transparent à la figure 1, de façon à montrer l'articulation de la bielle (209) sur la came (211). En effet, 30 pour fonctionner sans entretien, le dispositif doit être correctement protégé par un capot rapporté de fermeture (218) qui assure l'étanchéité entre la came (211) et le corps du coupleur (200) et protège les articulations (213, 206), le piston (205), le ressort (208), la bielle (209) des agressions extérieures. Le capot (218) est par exemple placé au dessus de l'articulation, (213) en appui contre le corps du coupleur (200) et contre une face (230) concentrique à l'axe (202) de la came (211). Dans un autre mode de réalisation, comme représenté à la figure 12, le capot (218) n'est pas en appui sur la face cylindrique (230) de la came (211), mais comporte une surface plane (219) de contact à la came, perpendiculaire à l'axe de rotation (202), réalisant à la fois une étanchéité et ~o une limitation en translation de la came. D'autre choix de techniques de réalisation de l'étanchéité sont réalisables et laissés à l'appréciation de l'homme de métier. La présente invention a l'avantage de ne pas nécessiter de graissage et évite l'adjonction de graisseurs qu'il serait difficile de mettre en place dans l'espace imparti. Le 15 dispositif de verrouillage et déverrouillage comporte pour les articulations de la bielle et celles de la came, des matériaux fonctionnant sans graissage ni lubrification externe. Le choix de ces matériaux est laissé à l'homme de l'art qui utilisera avantageusement les matériaux composites ou plastiques chargés pour assurer cette propriété. 20 D'une manière non limitative, la translation de la came sur son axe (221) est bornée latéralement par des surfaces (219, fig.12) planes disposées proches de l'arbre (221) et perpendiculairement à celui-ci. Ces surfaces de limitation en translation font partie, de manière non limitative du capot, du coupleur (200), de la came (211) et/ou de pièces additionnelles 25 telles que des joints. De manière non limitative, pour des coupleurs de grandes dimensions, une même came (211) peut être commandée par deux dispositifs selon l'invention, l'ensemble constitué du coupleur avec sa came étant réalisé symétriquement par rapport à un plan (S) longitudinal, 3o perpendiculaire à l'axe de rotation de la came, comme représenté à la figure 15. Ainsi les deux dispositifs comprenant chacun un alésage (203) associé à un piston (205) actionné par un ressort (208) et lié en rotation à une bielle >> (209), sont disposés de chaque côté du coupleur (200). Un outil de déverrouillage s'adapte, par exemple, de la même manière sur un téton (215) de la came pour venir exercer un couple de déverrouillage sur la came (211). Il doit être évident pour les personnes versées dans l'art que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses 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, et ~o l'invention ne doit pas être limitée aux détails donnés ci-dessus. REVENDICATIONS 1. Coupleur (200) comprenant : - des moyens de fixation sur un bras (3) d'engin de travaux, - des crochets (201) de support d'une poutre (112) d'un outil (100) - une came (211) montée en rotation sur le coupleur et disposée pour venir en contact sur une face (110) d'appui de l'outil (100) dans au moins une position de verrouillage de l'outil (100) avec le coupleur (200), caractérisé en ce que : - la came (211) est entraînée vers sa position de verrouillage au to moyen d'un ressort (208) en compression entre un dispositif d'arrêt (210) monté dans un alésage (203) du coupleur (200) et une première face d'un piston (205) mobile dans ledit alésage et relié à une bielle (209) liée d'autre part à la came (211) par une articulation (213), - une chambre (220) est formée par le piston (205) et un fond de is l'alésage (203) ouvert par un conduit d'alimentation (223), le piston comportant une rainure (227) périphérique, - la came comprend des moyens (215) de liaison avec un objet de déverrouillage qui permet d'exercer un couple de déverrouillage sur la came. 2. Coupleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un joint 20 d'étanchéité (207) étant placé dans la rainure (227) périphérique du piston (205), des moyens de distribution de liquide sous pression dans la chambre (220) sont reliés par un raccord (204) au conduit d'alimentation (223) pour agir sur une deuxième face du piston (205) opposée à la première face soumise à l'action du ressort et pousser la bielle (209) entraînant la came 25 (211) de la position de verrouillage vers une position de déverrouillage, pour réaliser un déverrouillage hydraulique du coupleur. 3. Coupleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'objet de déverrouillage est une clé (400) coopérant avec la came (211) et comprenantun levier (402) sur lequel est appliquée une force de déverrouillage pour exercer le couple de déverrouillage et entraîner la came (211) en rotation vers une position de déverrouillage, comprimant le ressort (208) en appui entre le piston (205) et l'arrêt (210) au moyen de l'effort transmis par la bielle (209) pour réaliser un déverrouillage manuel du coupleur. 4. Coupleur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un bouchon ferme le conduit d'alimentation (223), le piston étant monté sans joint dans l'alésage (203) et comportant un perçage (217) ou une rainure longitudinale (216) débouchant dans la rainure (227) périphérique et mettant io en communication la chambre (220) avec une partie de l'alésage (203) contenant le ressort (208). 5. Coupleur selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les articulations entre la bielle (209) et le piston (205), entre la bielle (209) et la came (211) et entre la came et le coupleur sont réalisées au 15 moyen de matériaux lubrifiés à vie. 6. Coupleur selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'un capot (218) en appui sur le coupleur (200) et sur une face plane latérale de la came, perpendiculaire à l'axe de rotation (219) de la came (211), ferme de façon étanche un espace comprenant la bielle (209), le 20 ressort (208), et une partie dans laquelle est réalisée l'articulation (213) entre la bielle et la came. 7. Coupleur selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les crochets (201), des portées (212) cylindriques de support d'un arbre (221) de rotation de la came (211) et l'alésage (203) pour le piston 25 (205) sont réalisés à partir d'une même pièce de fonderie usinée. 8. Coupleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un deuxième alésage (203), un deuxième piston (205), un deuxième ressort (208), un deuxième conduit d'alimentation (223) et une deuxième bielle (209) pour réaliser une double commande de la 3o came (211).