Brevet FR2941714A1 — publié le 20100806

Arrière plan de l'invention La présente invention concerne le domaine du traitement du sol par vibrocompactage. La technique de vibrocompactage, consiste à faire pénétrer verticalement dans le sol une unité de pénétration composée d'un dispositif vibreur relié à un porteur par une pluralité de tubes sensiblement du même diamètre que le dispositif vibreur. Lorsque l'unité de pénétration pénètre le sol, le dispositif vibreur génère des vibrations radiales qui se diffusent dans le sol avec pour effet d'améliorer ses propriétés mécaniques. Par exemple, cette technique est utilisée pour compacter un volume de sol constitué par exemple de grains, comme du sable. L'invention concerne plus précisément un dispositif vibreur pour une machine de vibrocompactage comportant : un corps tubulaire s'étendant longitudinalement tout en présentant une extrémité inférieure ; au moins un premier moteur hydraulique disposé dans le corps tubulaire et comportant un rotor et un stator ; un organe excentrique disposé dans le corps tubulaire entre l'extrémité inférieure et le premier moteur hydraulique, ledit organe excentrique étant destiné à être entrainé en rotation par le rotor du premier moteur hydraulique afin de produire des vibrations. Le moteur hydraulique qui équipe un tel dispositif vibreur provient d'une gamme que l'on trouve habituellement dans le commerce. Lors du montage, l'ensemble moteur, comprenant notamment le rotor et le stator, est disposé dans le corps tubulaire afin de connecter l'organe excentrique au rotor. Classiquement, le rotor est la partie du moteur qui tourne par rapport au stator, ce dernier restant fixe. Un inconvénient de ce montage est qu'il oblige à utiliser des moteurs hydrauliques de petite cylindrée et donc présentant une faible puissance. En effet, une contrainte des dispositifs vibreurs est qu'ils doivent facilement s'enfoncer dans le sol. Pour ce faire, on cherche à minimiser le diamètre du corps tubulaire. La pénétration dans le sol est en effet facilitée par un corps tubulaire fin. C'est pour cette raison que l'on cherche à construire des dispositifs vibreurs présentant le plus petit diamètre possible, typiquement de l'ordre de 300 mm. Il en résulte que le volume disponible pour le moteur hydraulique est limité. La capacité de pénétration du dispositif vibreur se fait donc généralement au détriment de la puissance de la motorisation hydraulique. Pour cette raison, certains industriels se détournent de la solution hydraulique et préfèrent utiliser un moteur électrique dont les éléments constitutifs peuvent présenter une grande longueur par rapport à leur diamètre. Objet et résumé de l'invention Un but de l'invention est de proposer un dispositif vibreur à motorisation hydraulique remédiant aux inconvénients précités. L'invention atteint son but par le fait que le stator du premier moteur hydraulique est constitué par le corps tubulaire. Un intérêt est de pouvoir se dispenser d'utiliser le carter formant stator du moteur hydraulique lorsque ce dernier provient d'une gamme du commerce, de sorte que, grâce à l'invention, le volume disponible pour le rotor est plus important que dans l'art antérieur, en conséquence de quoi on augmente avantageusement la cylindrée du moteur hydraulique, et donc sa puissance maximum délivrable. Autrement dit, dans le volume défini à l'intérieur du corps tubulaire, il est avantageusement possible de former un moteur hydraulique ayant des performances mécaniques sensiblement supérieures aux dispositifs vibreurs existants. Avantageusement, le premier moteur hydraulique comporte en outre au moins un palier disposé entre le rotor et une surface intérieure du corps tubulaire. Ce palier, par exemple constitué par un roulement, assure le guidage en rotation du rotor par rapport à la surface intérieure du corps tubulaire. De préférence, mais pas nécessairement, le palier est bloqué axialement par rapport au corps tubulaire par le biais d'un épaulement formé sur la surface intérieure du corps tubulaire. Selon un premier mode de réalisation, le palier prend appui directement sur la surface intérieure du corps tubulaire. Dans ce premier mode de réalisation, le volume disponible pour le rotor est maximal puisqu'il n'y a pas de pièce entre le roulement et le corps tubulaire. Selon un deuxième mode de réalisation, le dispositif vibreur selon l'invention comporte en outre un manchon disposé entre le palier et la surface intérieure du corps tubulaire. De préférence, le manchon comporte un organe d'étanchéité pour réaliser l'étanchéité entre le rotor et l'organe excentrique. De préférence, le manchon s'étend également axialement vers l'organe excentrique de manière à définir un logement pour une pièce de connexion entre l'arbre du rotor et l'organe excentrique. Selon une variante du deuxième mode de réalisation de l'invention, le corps tubulaire est constitué d'une première partie dans laquelle est logé l'organe excentrique et d'une seconde partie, distincte de la première partie, dans laquelle est logée au moins une partie du rotor du premier moteur hydraulique, la première partie étant fixée solidairement à la seconde partie par l'intermédiaire du manchon. On comprend donc que, grâce au manchon, il est possible de démonter la première partie du corps tubulaire sans déplacer ni démonter le premier moteur hydraulique. Un intérêt est de pouvoir changer l'organe excentrique, éventuellement avec la première partie du corps tubulaire si ces pièces 25 viennent à s'endommager. Avantageusement, le premier moteur hydraulique comporte en outre une culasse montée à une extrémité longitudinale du rotor, ladite culasse ayant un diamètre sensiblement égal au diamètre intérieur du corps tubulaire. 30 La culasse est la pièce du moteur hydraulique permettant l'alimentation du rotor en énergie hydraulique. La culasse selon l'invention permet de réaliser une étanchéité entre la chambre définie radialement entre le rotor et la face intérieure du corps tubulaire d'une part, et la partie supérieure du corps tubulaire d'autre part. 35 Cette conformation est particulièrement avantageuse lorsque le dispositif vibreur selon l'invention est dépourvu de manchon. De préférence, le bord périphérique de la culasse vient en appui axial contre un épaulement ménagé dans la face intérieure du corps tubulaire. Selon un troisième mode de réalisation, le dispositif vibreur comporte en outre un deuxième moteur hydraulique disposé dans le corps tubulaire tout en étant destiné à être couplé au premier moteur hydraulique. Ainsi, selon l'invention, le deuxième moteur hydraulique peut être couplé, ou non, au premier moteur hydraulique, grâce à quoi on peut avantageusement modifier la fréquence vibratoire générée par le dispositif vibreur. En effet, lorsque les deux moteurs sont mécaniquement couplés, l'ensemble ainsi formé présente une cylindrée plus grande et, permet de délivrer une puissance plus importante que si le premier moteur hydraulique était le seul à fonctionner. Il s'ensuit que, pour un même débit hydraulique, l'organe excentrique tourne moins vite et engendre des vibrations à une fréquence moins élevée. De préférence, le dispositif vibreur comporte en outre un distributeur destiné à alimenter au moins l'un des deux moteurs 20 hydrauliques. Grâce au distributeur, il est donc possible d'activer, ou désactiver, rapidement le deuxième moteur hydraulique afin de changer rapidement la fréquence des vibrations. Le dispositif vibreur selon l'invention est donc avantageusement réactif. 25 Encore de préférence, la cylindrée du premier moteur hydraulique est supérieure à la cylindrée du deuxième moteur hydraulique. Grâce à quoi, on peut disposer le deuxième moteur hydraulique entre le premier moteur hydraulique et le distributeur, le deuxième moteur hydraulique étant flanqué par des conduites hydrauliques pour 30 l'alimentation du premier moteur hydraulique. L'invention vise en outre une machine de vibrocompactage comportant : - le dispositif vibreur selon l'invention ; - des moyens pour alimenter le dispositif vibreur en énergie 35 hydraulique ; et un châssis mobile supportant le dispositif vibreur selon une direction sensiblement verticale. Brève description des dessins L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 illustre une machine de vibrocompactage selon l'invention, dont le dispositif vibreur est enfoncé dans le sol ; la figure 2 est une vue axiale en coupe du dispositif vibreur selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une vue de détail du dispositif vibreur de la figure 2, montrant l'agencement du moteur hydraulique; - la figure 4 est une vue de détail du dispositif vibreur selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; la figure 5 est une vue de détail du dispositif vibreur selon une variante du deuxième mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 6 est une vue de détail du dispositif vibreur selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Description détaillée de l'invention Sur la figure 1, on a représenté un exemple d'une machine de vibrocompactage 10 selon l'invention qui est utilisée dans cette configuration pour réaliser une opération de vibrocompactage. Cette machine 10 comporte un bâti 12 monté sur chenilles 14 pour assurer son déplacement, ainsi qu'une potence 16 s'étendant en hauteur depuis le bâti 12. Plus précisément, la machine 10 comporte en outre un dispositif vibreur 18 monté à l'extrémité inférieure d'une pluralité de tubes 20 orientés verticalement tout en étant porté par l'extrémité 16a de la potence 16. Le dispositif vibreur 18 présente la forme d'un cylindre long et fin dont la longueur est grande par rapport à son diamètre, l'extrémité inférieure du dispositif vibreur présentant une tête pour faciliter la pénétration dans le sol. Grâce à sa forme particulière, le dispositif vibreur 18 est apte à s'enfoncer dans un sol meuble, comme du sable, généralement uniquement sous l'effet de la force de pesanteur. On peut néanmoins si nécessaire appliquer un effort vertical complémentaire (communément appelé � pull down �). L'extrémité supérieure 20a de l'ensemble des tubes 20 est fixée à un câble 22 qui est guidé par un ensemble de poulies 24 disposées à l'extrémité 16a de la potence 16. Le déplacement du câble 22 est assuré dans notre exemple par un enrouleur motorisé 26, monté sur le bâti 12. On comprend que le câble 22 permet de faire remonter le dispositif vibreur et aussi de guider sa descente. La machine 10 comporte en outre des moyens 28 pour alimenter la motorisation hydraulique du dispositif vibreur 18 en énergie hydraulique. En l'espèce, ces moyens 28 comprennent un enrouleur 30 de flexibles hydrauliques 32, ainsi qu'une source d'énergie hydraulique (non représentée). Comme on le voit sur la figure 1, les flexibles hydrauliques 32 sont amenés, via une poulie 34 située à l'extrémité 16a de la potence, vers le dispositif vibreur 18 en s'étendant à l'intérieur des tubes 20. Lorsque le dispositif vibreur 18 pénètre dans le sol S, il génère des vibrations V qui diffusent dans le sol. Bien évidemment, la figure 1 est schématique, le dispositif vibreur 18 pouvant effectivement atteindre une profondeur de l'ordre de plusieurs dizaines de mètres. A l'aide de la figure 2, on va maintenant décrire plus en détail un dispositif vibreur 100 selon un premier mode de réalisation de l'invention. Comme on le voit bien sur cette vue en coupe axiale, le dispositif vibreur 100 comporte un corps tubulaire 102 s'étendant longitudinalement selon l'axe A du dispositif vibreur 100. Ce corps tubulaire 102 présente une extrémité inférieure 102a ainsi qu'une extrémité supérieure 102b. L'extrémité inférieure 102a du corps tubulaire 102 porte une tête bombée 104 permettant de faciliter la pénétration du dispositif vibreur 100 dans le sol, tandis que l'extrémité supérieure 102b présente un organe de couplage 106 pour la fixation à l'extrémité inférieure de l'ensemble de tubes 20 précité. Du reste, le corps tubulaire 102 présente une surface intérieure 1O2c qui est ici cylindrique. Pour générer les vibrations, le dispositif vibreur 100 comporte en outre un organe excentrique 108 destiné à être entraîné en rotation autour de l'axe A par un moteur hydraulique 110. L'organe excentrique 108, connu par ailleurs, se présente ici sous la forme d'un cylindre dont une section est évidée. Cet organe excentrique 108 est maintenu et guidé à ses deux extrémités par deux roulements 112,114. Le moteur hydraulique 110 est quant à lui classiquement alimenté par au moins deux conduites hydrauliques 116,118 qui s'étendent axialement tout en constituant le prolongement des flexibles hydrauliques 32. Trois conduites hydrauliques sont nécessaires si la fonction de drainage est assurée par une conduite séparée. En se référant à la figure 3, on va maintenant décrire plus en détail le moteur hydraulique 110 du dispositif vibreur 100 dans son premier mode de réalisation. Ce moteur hydraulique 110, en l'espèce un moteur du type à pistons axiaux 120, comporte un rotor 122 qui est fixé solidairement à un arbre de transmission axial 124, ce dernier étant quant à lui couplé à l'organe excentrique 108. Le rotor 122 présente la forme d'un barillet dans lequel les pistons axiaux 120 peuvent se déplacer axialement. De manière connue, sous l'effet de la pression hydraulique, les pistons axiaux 120 se déplacent axialement tout en prenant appui contre une came inclinée 126, ce qui provoque leur rotation, ainsi que celle du rotor 122, autour de l'axe A. Comme on le voit sur la figure 3, le stator 128 du moteur hydraulique 110 est avantageusement constitué par le corps tubulaire 102, ce qui permet, pour un corps tubulaire donné, de disposer un rotor ayant une cylindrée plus importante que lorsque l'on utilise un moteur hydraulique complet du commerce, grâce à quoi on dispose d'une puissance plus importante. Le rotor 122 est guidé en rotation grâce à deux paliers 130,132 disposés entre le rotor 122 et la surface intérieure 1O2c du corps tubulaire 102. Il est à noter que l'on pourrait tout à fait n'utiliser que le palier 130 par exemple. Plus précisément, on constate dans ce mode de réalisation que les paliers 130,132 prennent directement appui sur la surface intérieure 102c. Sur cette figure, on voit également que le palier 130 prend appui contre un épaulement 140 formé dans l'épaisseur du bord périphérique du corps tubulaire 102. On comprend donc que le corps tubulaire 102, en tant que stator, permet également de réaliser le blocage axial des éléments tournants du moteur hydraulique 110. Par ailleurs, le moteur hydraulique 110 comprend en outre une culasse 142 qui est montée à une extrémité longitudinale du rotor 122, en l'espèce son extrémité supérieure 144. Selon un aspect avantageux, la culasse 142 présente un diamètre sensiblement égal au diamètre intérieur du corps tubulaire 102, grâce à quoi la culasse 142, éventuellement à l'aide d'un joint 146, permet de réaliser l'étanchéité entre la chambre contenant les paliers 130,132 et l'extrémité supérieure de l'intérieur du corps tubulaire 102. A l'aide de la figure 4, on va maintenant décrire un deuxième mode de réalisation du dispositif vibreur 200 selon l'invention. Ce deuxième mode de réalisation du dispositif vibreur 200 diffère du premier mode de réalisation par le fait qu'il comporte en outre un manchon 202 de forme générale cylindrique s'étendant, dans cet exemple, axialement entre les paliers 114 de l'organe excentrique 108 et la culasse 142. Ce manchon 202 entoure le rotor 122 en étant disposé radialement entre les paliers 130, 132 et la surface intérieure 102c du 25 corps tubulaire 102. Sur la figure 5, on a représenté un dispositif vibreur 300 dans une variante du deuxième mode de réalisation précité. Dans cette variante, le corps tubulaire 302 est constitué d'une première partie 302a et d'une deuxième partie 302b, ces deux parties 30 étant distinctes et présentant de préférence sensiblement le même diamètre. Comme on le voit, l'organe excentrique 108 est logé dans la première partie 302a, tandis que la deuxième partie 302b loge le moteur hydraulique 110 et les conduites hydrauliques 116,118. 35 La première partie 302a est fixée à la deuxième partie 302b par l'intermédiaire d'un manchon 304 similaire au manchon 202 précité. Pour ce faire, le manchon 304 comprend des premiers moyens de fixation 306 disposés à une extrémité inférieure 3O4a du manchon 304 pour la fixation à la première partie 3O2a, et des seconds moyens de fixation 308 disposés sur la surface extérieure 3O4b du manchon 304 pour sa fixation à l'extrémité inférieure de la deuxième partie 3O2b du corps tubulaire 302. Le manchon 304 comporte en outre une portion cylindrique 310 destinée à être introduite dans la deuxième partie 3O2b du corps tubulaire 302. Pour cela, le diamètre extérieur de cette portion cylindrique 310 correspond sensiblement au diamètre intérieur de la deuxième partie 3O2b du corps tubulaire 302. Comme on le voit sur la figure 5, l'épaisseur de la paroi 312 de la portion cylindrique 310 est choisie assez fine pour permettre de maximiser le volume disponible pour le rotor 122. Par ailleurs, dans ce mode de réalisation, la culasse 142 prend radialement appui sur la paroi de la portion cylindrique 310. Dans cette variante, la came inclinée 314, sur laquelle les extrémités des pistons axiaux 120 prennent appui, forme avantageusement une seule pièce avec le manchon 304. Grâce à ce montage, on comprend qu'il est facile de changer l'organe excentrique 108 et le rotor 122 en démontant le manchon 304. A l'aide de la figure 6, on va maintenant décrire un troisième mode de réalisation de l'invention du dispositif vibreur. Dans ce mode de réalisation, le dispositif vibreur 400 comporte un premier moteur hydraulique 402 semblable au moteur hydraulique 110 du premier mode de réalisation, dont le rotor 122 est couplé à un arbre de transmission 404, ce dernier étant relié à l'organe excentrique 108. Avantageusement, le dispositif vibreur 400 comporte en outre un deuxième moteur hydraulique 406, distinct du premier moteur hydraulique 402, qui est couplé à l'arbre de transmission 404. Comme on le voit sur la figure 6, l'arbre de sortie 408 du deuxième moteur hydraulique 406 s'étend également selon l'axe A et coopère avec l'extrémité supérieure 4O4a de l'arbre de transmission 404. Selon l'invention, le deuxième moteur hydraulique 406 est donc apte à être couplé avec le premier moteur hydraulique 402 afin de fournir une puissance supplémentaire à l'arbre de transmission 404. Il en résulte à débit hydraulique égal une diminution de la fréquence des vibrations générées par l'organe excentrique 108. Pour l'alimentation des deux moteurs hydrauliques, le dispositif vibreur 400 comporte un distributeur 410 connecté d'une part aux conduites hydrauliques 116,118, et à chacun des deux moteurs d'autre part. Le distributeur 410 est commandable de sorte que l'opérateur peut choisir d'activer ou non le deuxième moteur hydraulique 406. On voit aussi que la cylindrée du deuxième moteur hydraulique est de préférence plus petite que celle du premier moteur hydraulique 402, grâce à quoi, notamment, les conduites d'alimentation 412,414 sortant du distributeur et destinées à alimenter le premier moteur hydraulique s'étendent axialement autour du deuxième moteur hydraulique. Le deuxième moteur hydraulique 406 peut par exemple être actionné à la demande afin de modifier ponctuellement la fréquence des vibrations générées. REVENDICATIONS1. Dispositif vibreur (18, 100, 200, 300, 400) pour une machine de vibrocompactage (10), ledit dispositif comportant : - un corps tubulaire (102, 302) s'étendant longitudinalement tout en présentant une extrémité inférieure (102a) ; au moins un premier moteur hydraulique (110, 402) disposé dans le corps tubulaire et comportant un rotor (122) et un stator (102) ; un organe excentrique (108) disposé dans le corps tubulaire entre l'extrémité inférieure et le premier moteur hydraulique, ledit organe excentrique étant destiné à être entrainé en rotation par le rotor du premier moteur hydraulique afin de produire des vibrations, ledit dispositif vibreur étant caractérisé en ce que le stator du premier moteur hydraulique est constitué par le corps tubulaire (102). 20 2. Dispositif vibreur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier moteur hydraulique comporte en outre au moins un palier (130,132) disposé entre le rotor (122) et une surface intérieure (102c) du corps tubulaire (102). 3. Dispositif vibreur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le palier (130,132) prend appui directement sur la surface intérieure du corps tubulaire. 30 4. Dispositif vibreur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un manchon (202,304) disposé entre le palier (130,132) et la surface intérieure du corps tubulaire (102,302). 25 5. Dispositif vibreur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le manchon (304) comporte un organe d'étanchéité pour réaliser l'étanchéité entre le rotor et l'organe excentrique. 6. Dispositif vibreur selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le corps tubulaire (302) est constitué d'une première partie (302a) dans laquelle est logée l'organe excentrique (108) et d'une seconde partie (302b), distincte de la première partie, dans laquelle est logée au moins une partie du rotor (122) du premier moteur hydraulique (110), et en ce que la première partie est fixée solidairement à la seconde partie par l'intermédiaire du manchon (304). 7. Dispositif vibreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le premier moteur hydraulique (110) comporte en outre une culasse (142) montée à une extrémité longitudinale du rotor, ladite culasse ayant un diamètre sensiblement égal au diamètre intérieur du corps tubulaire. 8. Dispositif vibreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un deuxième moteur hydraulique (406) disposé dans le corps tubulaire tout en étant destiné à être couplé au premier moteur hydraulique (402). 9. Dispositif vibreur selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un distributeur (410) destiné à alimenter au moins l'un des deux moteurs hydrauliques (402, 406). 10. Dispositif vibreur selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que la cylindrée du premier moteur hydraulique (402) est supérieure à la cylindrée du deuxième moteur hydraulique (406). 11. Machine de vibrocompactage (10) comportant : - le dispositif vibreur (18, 100, 200, 300, 400) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 ;des moyens (28) pour alimenter le dispositif vibreur en énergie hydraulique ; et - un châssis mobile (12) supportant le dispositif vibreur selon une direction sensiblement verticale.5