Brevet FR2956105A1 — publié le 20110812

DISPOSITIF DE TRACTION Domaine technique de l'invention L'invention est relative à un dispositif de traction comprenant un tambour d'enroulement solidaire d'un bâti, un câble enroulé sur le tambour et des moyens de commande de la rotation du tambour. En particulier, l'invention est relative à un treuil de tracteur forestier. État de la technique Le débardage consiste à transporter des arbres abattus de leur lieu de coupe vers une route ou un lieu de dépôt provisoire. Le débardage peut être réalisé à l'aide d'un tracteur forestier équipé d'un treuil. De manière classique, le treuil de débardage comprend un ou plusieurs tambours sur lesquels s'enroule un câble, permettant ainsi de tirer les grumes sur le sol. Ce treuil peut être à entraînement mécanique : le moteur thermique du tracteur forestier entraîne directement le tambour d'enroulement en rotation. Le treuil peut également être à entraînement hydraulique. Dans ce cas, le moteur thermique du tracteur actionne une pompe hydraulique reliée à un moteur hydraulique, ce dernier mettant en rotation le tambour du treuil. Le treuil est généralement piloté par une commande « tout ou rien ». Sur ce type de treuil, lorsque le tambour d'enroulement est vide, la vitesse d'enroulement du câble est faible et la force de traction peut être trop élevée, ce qui risque de rompre le câble. La charge de rupture de câble est, par exemple, de l'ordre de 14,8 T pour un câble de 15 mm de diamètre. A l'inverse, lorsque le tambour d'enroulement est plein, la vitesse d'enroulement est importante et le couple fourni peut être insuffisant. Dans ces conditions, le moteur thermique du tracteur peut caler. La force de traction est donc dépendante du niveau d'enroulement du câble sur le tambour. Le moteur thermique est généralement maintenu à un régime élevé pour que la vitesse du câble soit acceptable ou pour éviter le calage si le tracteur n'est pas équipé d'un convertisseur de couple. La consommation de carburant est alors significative. On appelle moulage l'action de dérouler le câble sous l'action d'une charge ou lorsque l'utilisateur tire dessus. Les treuils actuels ne permettent qu'un moulage dit libre, c'est-à-dire que le tambour peut dérouler le câble sans retenue. Cette manoeuvre peut être brutale et dangereuse si le treuil est en retenue de charge, sur une forte pente par exemple. Résumé de l'invention L'invention vise un dispositif de traction facile à utiliser, qui consomme peu de carburant tout en assurant la sécurité de l'utilisateur. L'invention vise plus particulièrement un dispositif de traction permettant de 10 réguler la force de traction exercée sur le câble. On tend vers ces objectifs par la mesure de la force de traction du câble à l'aide d'un capteur de déformation du bâti sur lequel est monté le treuil. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la 15 description qui va suivre de modes particuliers de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs et illustrés à l'aide des dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 représente, de manière schématique, un mode de réalisation général d'un dispositif de traction, à régulation de la force de traction, 20 - la figure 2 représente, de manière schématique, un mode de réalisation d'une boucle de régulation de la force de traction, et la figure 3 représente, de manière schématique, un mode de réalisation préféré d'une boucle de régulation de la force de traction. Description d'un mode de réalisation préféré de l'invention 25 La figure 1 représente un schéma de principe d'un dispositif de traction, ou treuil, à gestion automatique de la force de traction. Le dispositif de traction comprend un tambour d'enroulement 1 solidaire d'un bâti 2. Le tambour peut pivoter autour d'un axe afin d'enrouler ou dérouler un câble 3. Le dispositif de traction comporte en outre une boucle de régulation 4 de la force de traction exercée par le câble 3. La boucle 4 comporte un dynamomètre 5 mesurant la force de traction, une chaîne 6 d'entraînement en rotation, par exemple un moteur 6a associé à une vis sans fin 6b, et un dispositif de commande 7 du moteur 6a. La mesure de la force de traction est transmise au dispositif de commande 7 pour ajuster l'entraînement du tambour 1, notamment le couple transmis au tambour. Une difficulté de cette configuration particulière réside dans le choix et le montage d'un capteur permettant une mesure fiable et précise de la force de 10 traction du câble. Les inventeurs ont constaté que la déformation du bâti 2 est représentative de la force de traction exercée par le câble 3. Le dynamomètre 5 est alors formé d'un capteur de déformation du bâti. Le dispositif de traction est, par exemple, placé à l'arrière d'un tracteur forestier. 15 Le bâti 2 peut être fixé sur un support 8, lui-même fixé sur le tracteur (non représenté). Le support 8 peut également faire partie intégrante du tracteur. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 1, le capteur de déformation 5 comprend au moins une jauge extensiométrique. Ce capteur de déformation est disposé sur une pièce déformable 9 solidaire du support 8 et d'une paroi 10 20 du bâti 2. Le capteur 5 et la pièce 9 sont, de préférence, placés dans un plan parallèle au câble déroulé 3. Lorsqu'une force F est appliquée sur le câble 3, le bâti se déforme élastiquement. La paroi 10 s'incline dans la même direction que la force F, tandis que le support 8, plus rigide que le bâti, reste immobile. La pièce 9 suit les déformations de la paroi 10 et s'allonge. Le capteur 5 fournit 25 alors au dispositif de commande 7 un signal qui est fonction de cette déformation. La pièce déformable 9 peut être fixée à la paroi 10 du bâti et au support 8 par l'intermédiaire d'une équerre 11, comme cela est représenté sur la figure 1. La figure 2 représente un mode de réalisation d'une boucle de régulation 4 d'un 30 dispositif de traction à entraînement hydrostatique. Par souci de clarté, le bâti, le tambour et le support ne sont pas représentés. La boucle de régulation 4 comprend un moteur hydraulique 12 alimenté par une pompe hydraulique 13. Le moteur et la pompe sont, de préférence, à pistons axiaux et cylindrée variable. La pompe hydraulique 13 est entraînée par un moteur thermique 14, celui du tracteur par exemple. La cylindrée du moteur 12 et la cylindrée de la pompe 13 peuvent être réglées séparément, chacune à l'aide d'une commande de type modulation de largeur d'impulsion (« Pulse Width Modulation » en anglais, PWM), en faisant varier le rapport cyclique des impulsions. Le rapport cyclique am de la commande PWM du moteur hydraulique 12 est, de préférence, compris entre 40 (cylindrée maximale autorisée) et 75 % (cylindrée minimale). Le rapport cyclique ap de la commande PWM de la pompe hydraulique 13 varie, de préférence, entre 0 (cylindrée nulle) et 60 % (cylindrée maximale autorisée). La fréquence des impulsions commandant la pompe et le moteur est, par exemple, de l'ordre de 250 Hz. La boucle de régulation 4 comprend, de plus, un calculateur 15 pour commander le moteur hydraulique 12. Le calculateur 15, par exemple un microcontrôleur, reçoit les informations issues du dynamomètre 5, par exemple sous la forme d'un signal analogique VD variant de 1 à 5 V en fonction de la déformation du bâti. Un signal de commande PWM Vs- est envoyé par le calculateur 15 au moteur 12 pour modifier la cylindrée et ainsi faire varier le couple du moteur 12. Le couple du moteur est alors asservi en fonction de la déformation du bâti correspondant à la force de traction. Cet asservissement pourra être prévu, par exemple, pour diminuer le couple du moteur lorsque la force de traction atteint un seuil, de sorte que la force de traction ne dépasse jamais le seuil La tension VD fournie par le dynamomètre 5 est quasi proportionnelle à la déformation du bâti. Des abaques donnant la relation entre le rapport cyclique am et la tension VD peuvent être enregistrés dans une mémoire du microcontrôleur 15. La cylindrée de la pompe détermine son débit et donc la vitesse de rotation du moteur 12. Dans un mode de réalisation simple, la cylindrée de la pompe 13 pourra être réglée par l'utilisateur de manière indépendante du reste du système. La figure 3 représente un mode de réalisation préférentiel d'une boucle de régulation 4 d'un dispositif de traction. La boucle 4 comporte un capteur de vitesse de rotation 16 du moteur thermique 14. Un signal VM en sortie du capteur 16 est envoyé au calculateur 15. Ce dernier envoie une commande PWM VS2 à la pompe 13. Ainsi, la cylindrée de la pompe peut être modifiée en fonction de la vitesse de rotation du moteur thermique donnée par le capteur 16, par exemple pour maintenir le débit de la pompe à une valeur de consigne indépendante de la vitesse de rotation du moteur thermique 14. Un capteur de pression 17 peut être ajouté dans le circuit de la pompe 13. Le capteur de pression 17 fournit, par exemple, un signal analogique variant linéairement de 0à 10 v pour une pression comprise entre 0 et 600 bars. Ce signal est transmis au calculateur 15 qui définit le meilleur rapport débit/pression de manière à ce que la pompe travaille dans sa plage de pressions idéale, typiquement entre 250 et 300 bars. La boucle 4 comprend, de préférence, un capteur de vitesse de rotation 18 du moteur hydraulique 12. La cylindrée du moteur 12 peut ainsi être régulée, par l'intermédiaire du calculateur 15, en fonction de sa vitesse de rotation, en plus de la déformation du bâti 2. Le capteur 18 peut également détecter le sens de rotation du moteur hydraulique 12. Le dispositif de la figure 3 peut être commandé en traction ou en moulage, par l'intermédiaire d'un bouton rotatif 19 connecté au calculateur 15. A titre d'exemple, le bouton rotatif 19 peut être actionné vers la droite pour commander le dispositif en traction et vers la gauche pour commander le dispositif en moulage. Ainsi, le bouton rotatif 19 commande la rotation du tambour 1 dans un sens ou dans l'autre, c'est-à-dire pour avancer ou reculer la charge. La vitesse d'enroulement ou de déroulement de câble est, de préférence, une fonction exponentielle de l'angle de rotation du bouton. Le calculateur 15 commande, de manière proportionnelle, la pompe 13, c'est-à-dire le rapport cyclique aP des impulsions, pour augmenter ou diminuer la cylindrée de la pompe. Le dispositif de traction dispose également d'un potentiomètre 20 permettant d'indiquer au calculateur 15 la valeur seuil de la force de traction. Cette valeur à ne pas dépasser est fonction de la charge et du câble utilisé. Le bouton rotatif 19 et le potentiomètre 20 peuvent être placés sur une télécommande radio, pour une commande à distance, ou sur un pupitre dans la cabine du tracteur. Lorsque le dispositif fonctionne en traction, si la force de traction du câble est faible et inférieure à la consigne du potentiomètre 20, c'est-à-dire si le dynamomètre 5 ne détecte qu'une faible déformation du bâti, le moteur hydraulique 12 est commandé en petite cylindrée pour maintenir une vitesse de rotation élevée. Ainsi, lorsque le tambour est vide et le couple fourni est suffisant, la vitesse d'enroulement est maximale. Lorsque la force de traction augmente, en raison des variations du terrain par exemple, le bâti se déforme davantage. La cylindrée du moteur 12 est alors augmentée pour fournir davantage de couple sans toutefois que la force de traction ne dépasse la valeur seuil fixée par le potentiomètre 20. Le couple est ainsi augmenté pour obtenir une force de traction inférieure ou égale à la valeur de consigne donnée par le potentiomètre 20. Inversement, si la force diminue, la cylindrée du moteur est diminuée pour garantir une vitesse d'enroulement maximale. Lorsque le couple transmis au tambour devient insuffisant pour tirer la charge, suite à l'empilement de couches de câble sur le tambour, le capteur de vitesse 18 détecte une diminution de la vitesse de rotation du moteur hydraulique 12. Le résultat de la mesure est fourni au calculateur 15 qui commande une augmentation de la cylindrée pour compenser cette insuffisance. L'augmentation de cylindrée du moteur 12, à débit constant, entraîne une diminution de la vitesse de rotation du moteur, ce qui compense l'augmentation de la vitesse d'enroulement du câble 13 due à l'empilement de couches de câble sur le tambour. Le calculateur surveille, de préférence, le régime du moteur thermique 14 à l'aide du capteur de vitesse de rotation 16. Lorsqu'une diminution du régime moteur de plus de 3 % est détectée, la cylindrée de la pompe 13 est diminuée. Ceci permet de soulager le moteur thermique 14, corriger sa vitesse de rotation et ainsi éviter que celui-ci ne cale. Le dispositif de traction peut également être utilisé en moulage. Le tambour tourne alors dans le sens inverse ce qui permet de dérouler le câble. Contrairement aux dispositifs classiques, le dispositif décrit ici permet un moulage contrôlé. Le couple nécessaire à la retenue de la charge lors d'un moulage contrôlé est faible compte tenu du système de réduction, à roue et vis sans fin par exemple. La cylindrée du moteur 12 est alors ajustée à une valeur faible, et le moteur tourne en sens inverse accompagnant le déroulement du câble 3. En moulage libre, le moteur hydraulique 12 est à l'arrêt et est découplé du tambour 1. Le moulage libre n'est autorisé que lorsque le bouton rotatif 19 est actionné dans la position correspondante, à fond, noté A sur la figure 3. Si le bouton 19 est actionné en position intermédiaire, le moulage est automatiquement contrôlé pendant un temps donné, par exemple 5 secondes. Puis, le moulage devient libre si la charge est inférieure à 1 tonne. Le moulage reste contrôlé tant que la charge est supérieure à 1 T. Le dispositif de traction permet également un halage automatique du tracteur sur le sol. Dans ces conditions, la boucle de régulation 4 adapte en permanence les cylindrées du moteur 12 et de la pompe 13 pour maintenir la force de traction du câble égale à la valeur de consigne donnée par le potentiomètre. A partir de la force de traction (5) et du sens de marche indexé sur le tracteur, le calculateur 15 détermine le sens de rotation de la pompe correspondant permettant d'actionner la rotation du tambour dans le sens adéquat pour conserver une force de traction constante et égale à la valeur de consigne. Comme décrit précédemment, le régime du moteur thermique est mesuré par le capteur 16 afin d'éviter le calage de celui-ci. Par ailleurs, lorsque la transmission du tracteur est enclenchée, le dispositif de traction n'utilise que la puissance restante pour ajuster la force de traction. Le halage automatique peut être activé en plaçant le bouton rotatif 19 dans la position désirée, par exemple la position B sur la figure 3, après que l'utilisateur ait tendu le câble par un mise en traction (bouton 19 tourné vers la droite). Ainsi, lorsque le dispositif est utilisé en halage, le câble reste constamment tendu en exerçant une force de traction constante. De cette manière, le rôle de l'utilisateur se restreint à la conduite du tracteur. Cette fonction de halage automatique convient aux deux sens de marche du tracteur et pour un rapport de vitesse quelconque. Le dispositif de traction décrit ci-dessus permet une régulation continue de la force de traction, suivant les variations de charge et le niveau d'enroulement du câble. Les ruptures de câble sont ainsi évitées. Par ailleurs, les commandes progressives du dispositif en traction et moulage (contrôlé) permettent une utilisation simple, de même que la fonction de halage automatique. Le fonctionnement des moteurs thermique et hydraulique est adapté à chaque type d'utilisation, permettant ainsi de diminuer la consommation du treuil, de même que son usure. La possibilité d'un moulage contrôlé apporte précision et sécurité à l'utilisateur.10 Revendications1. Dispositif de traction comprenant : un tambour d'enroulement (1) solidaire d'un bâti (2), - un câble (3) enroulé sur le tambour, et des moyens de commande (6, 6a, 6b) de la rotation du tambour (1), caractérisé en ce qu'il comprend : un capteur (5) de mesure de la force de traction du câble sous la forme d'un capteur de déformation du bâti (2), une boucle de régulation (4) de la force de traction en fonction de la 1 o déformation du bâti. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, le bâti (2) étant fixé sur un support (8), le capteur de déformation (5) est disposé sur une pièce déformable (9) solidaire du support et d'une paroi (10) du bâti. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pièce 15 déformable (9) est fixée au support (8) et à la paroi (10) par l'intermédiaire d'une équerre (11). 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande (6, 6a, 6b) comprennent un moteur hydraulique (12) alimenté par une pompe hydraulique (13). 20 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la boucle de régulation (4) est prévue pour modifier la cylindrée de la pompe (13) en réponse à une commande (19) de vitesse et de sens d'enroulement du câble (3). 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la boucle de 25 régulation (4) est prévue pour modifier la cylindrée du moteur hydraulique (12) en fonction de la déformation du bâti (2) et d'une consigne (20) de traction maximale. 7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la boucle de régulation (4) est prévue pour modifier la cylindrée du moteur hydraulique (12) en fonction de sa vitesse de rotation. 8. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que, la pompe hydraulique (13) étant reliée à un moteur thermique (14) d'un tracteur, la boucle de régulation (4) est prévue pour modifier la cylindrée de la pompe en fonction de la vitesse de rotation du moteur thermique (14).