Brevet FR2967426A1 — publié le 20120518

La présente invention concerne une flèche à benne d'excavation grande profondeur pour pelle mécanique à commande hydraulique ainsi qu'une pelle avec une telle flèche. Elle a des applications dans le domaine du génie civil et plus particulièrement pour la réalisation d'excavations en grande profondeur. Les pelles mécaniques à commande hydraulique sont d'un usage maintenant courant dans le cadre des terrassements. Pour la réalisation d'une excavation, un godet en bout de bras articulé de pelle mécanique est classiquement utilisé. Toutefois, du fait que le bras articulé comporte des segments inextensibles, l'excavation est limitée en profondeur. Pour pouvoir réaliser des excavations plus profondes on a proposé la mise en oeuvre de bras à segments télescopiques comme par exemple décrit dans US 5 473 828. Une autre solution a été la réalisation de machines spécifiques 15 destinées aux excavations en grande profondeur comme par exemple celle décrite dans FR 2 730 750 ou dans US 2 594 720. Les solutions connues présentent certains inconvénients dont la nécessité de réaliser une machine spécifique ou l'utilisation de moyens de commandes par câbles qui ont leurs propres limites. 20 La présente invention propose d'utiliser une machine classique de type pelle mécanique à commande hydraulique avec bras articulé qui peut être utilisée pour touts types de travaux et dans laquelle on remplace le bras, en pratique un segment du bras qui est son extrémité distale, par une flèche spécifique adaptée aux excavations en grande profondeur et qui peut être 25 installée ou retirée rapidement grâce à un système d'attache rapide. Il est ainsi possible d'obtenir une polyvalence accrue pour la pelle mécanique tout en réduisant les coûts du parc de machines en n'ayant pas à acquérir ou réaliser une machine spécifique pour les excavations en grande profondeur. La flèche en question est, de plus, configurée pour assurer une certaine 30 stabilité et des performances intéressantes à la pelle sur laquelle elle est mise en oeuvre tout en permettant le transport de la pelle avec ladite flèche dans des conditions classiques de transport de tels engins. En particulier, grâce à sa structure et aux organes mis en oeuvre, dont des moteurs hydrauliques et des asservissements hydrauliques, on obtient des performances élevées en terme de capacité et rapidité de travail d'excavation. Ainsi, l'invention concerne une flèche à benne d'excavation grande profondeur pour pelle mécanique à commande hydraulique, ladite pelle comportant un châssis sur lequel une tourelle tournante est montée ainsi qu'un bras proximal articulé à sa première extrémité à ladite tourelle, ladite flèche portant la benne d'excavation à commande hydraulique et étant destinée à se raccorder par sa première extrémité à la seconde extrémité du bras proximal ainsi qu'à des circuits électriques et hydrauliques de ladite pelle mécanique. Selon l'invention, le raccordement de la flèche au bras proximal est une fixation amovible à attache rapide permettant un verrouillage en deux positions angulaires de la flèche par rapport au bras, une position opérationnelle et une position de transport, la benne est reliée à la flèche par un système de câble pour montée/descente de ladite benne, la seconde extrémité de la flèche comportant un système de poulie de renvoi de câble permettant à la benne de se déplacer verticalement à l'avant de ladite flèche, la flèche amovible supporte l'ensemble des moyens nécessaires aux mouvements de la benne et notamment : - au moins un treuil hydraulique pour le système de câble, - au moins un enrouleur/dérouleur hydraulique de flexibles pour un système de flexibles hydrauliques étendus entre la benne et le ou les enrouleurs/dérouleurs de flexible, les systèmes de distribution hydrauliques correspondants, et, en position opérationnelle de la flèche, l'axe du ou des treuils est positionné dans un plan vertical situé à l'intérieur des points d'appui extrêmes de la pelle sur le sol, et, en position opérationnelle de la flèche, le ou les treuils et le ou les enrouleurs sont disposés à l'arrière d'une ligne passant par la/les poulies et le point d'articulation du bras à la tourelle afin qu'ils soient en dehors du champ de vision d'un opérateur installé dans la tourelle. Dans divers modes de mise en oeuvre de l'invention, les moyens suivants pouvant être utilisés seuls ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont employés : - la flèche comporte en outre un dispositif de contrôle hydraulique à type d'automate hydraulique agissant sur l'enrouleur/dérouleur hydraulique de flexible et qui assure une tension sensiblement constante du système de flexible étendu entre la benne et l'enrouleur/dérouleur hydraulique de flexible quelle que soit la position en montée/descente de la benne, - la fixation amovible à attache rapide n'est pas articulée, le bras proximal et la flèche restant dans une relation axiale fixe une fois la flèche fixée sur le bras proximal, - la fixation amovible à attache rapide est articulée et peut prendre deux positions prédéterminées verrouillables, une position opérationnelle et une position pour le transport, le bras proximal et la flèche restant dans une relation axiale fixe une fois la flèche verrouillée dans l'une des deux positions sur le bras proximal, - en position opérationnelle le bras proximal et la flèche sont sensiblement alignés, - la fixation amovible comporte une articulation, la flèche pouvant pivoter dans un plan par rapport au bras proximal grâce à une commande hydraulique, - le système de câble comporte un seul câble actionné par un seul treuil hydraulique et passant sur une seule poulie, lesdits câbles, treuil et poulie étant disposés dans le plan médian antéropostérieur de la flèche, - le système de câble comporte un seul câble actionné par un seul treuil hydraulique et passant sur une seule poulie, lesdits câbles, treuil et poulie étant disposés latéralement dans un plan antéropostérieur latéral à la flèche, - le système de câble comporte deux câbles latéraux actionnés par au moins un treuil hydraulique et passant sur deux poulies latérales, lesdits câbles et poulies étant disposés latéralement dans des plans antéropostérieurs de chaque coté latéral de la flèche, - le système de câble à deux câbles latéraux est actionné par un treuil hydraulique à deux tambours latéraux d'enroulement de câble, - le système de câble à deux câbles latéraux est actionné par deux treuils hydrauliques latéraux, - l'enrouleur/dérouleur hydraulique de flexible est fixé à la flèche en une position intermédiaire entre la première et la seconde extrémité de la flèche et, de préférence, en une position décalée vers la première extrémité par rapport au milieu de la distance entre la première et la seconde extrémité de la flèche, - l'enrouleur/dérouleur hydraulique de flexible est fixé à la flèche en une position décalée vers l'arrière de la flèche, - le système de flexible hydraulique étendu entre la benne et l'enrouleur/dérouleur hydraulique de flexible fixé à la flèche comporte au moins une paire de flexibles, lesdits flexibles étant indépendants ou accolés entre eux et s'enroulant sur un seul tambour de l'enrouleur/dérouleur hydraulique de flexible, - le tambour unique de l'enrouleur/dérouleur hydraulique de flexible est disposé d'un coté latéral de la flèche, - le tambour unique de l'enrouleur/dérouleur hydraulique de flexible est disposé dans le plan médian antéropostérieur de la flèche, - le système de flexible hydraulique étendu entre la benne et l'enrouleur/dérouleur hydraulique de flexible fixé à la flèche comporte au moins une paire de flexibles, lesdits flexibles étant séparés entre eux en au moins deux groupes latéraux chacun dans un/des plans de chaque coté latéral de la flèche, chacun des groupes latéraux de flexible(s) s'enroulant sur au moins un tambour latéral de l'enrouleur/dérouleur hydraulique de flexible, ledit tambour pour ledit groupe étant disposé d'un coté latéral de la flèche, - la flèche comporte deux enrouleurs/dérouleurs hydraulique latéraux de flexible et deux groupes latéraux d'un flexible chacun, chaque enrouleur/dérouleur hydraulique latéral recevant un des deux flexibles latéraux, - la benne est portée par une potence recevant à ses deux extrémités les deux câbles latéraux provenant des deux poulies latérales, - la flèche est destinée à être reliée à au moins une conduite de fluide hydraulique sous pression et à des circuits électriques de commande de vannes électromécaniques disposées dans des circuits hydrauliques de contrôle des organes de la flèche, - les principaux moyens de contrôle hydraulique des organes de la flèche sont disposés sur ladite flèche, - les moyens de contrôle hydraulique comportent des vannes électromécaniques. L'invention concerne également une pelle mécanique à commande hydraulique qui comporte une flèche à benne d'excavation grande profondeur selon l'une ou plusieurs des caractéristiques présentées. Grâce à l'invention, en position opérationnelle de la flèche, le ou les treuils et le ou les enrouleurs sont situés en dehors du champ de vision d'un opérateur situé à son poste de travail dans la tourelle, champ de vision entre cet opérateur et la benne, ceci qu'elle que soit la position de cette dernière au dessus du niveau du sol. L'opérateur peut donc voir la benne quelle que soit sa position en hauteur au dessus du sol, ce qui peut être particulièrement important dans des espaces de travail encombrés. La présente invention, sans qu'elle en soit pour autant limitée, va maintenant être exemplifiée avec la description qui suit de modes de réalisation et de mise en oeuvre en relation avec : - la Figure 1 qui représente une vue latérale d'une pelle mécanique à 15 commande hydraulique équipée d'une flèche à benne d'excavation grande profondeur de l'invention, - la Figure 2 qui représente une vue latérale de la pelle mécanique sur sa remorque de transport, - la Figure 3 qui représente la flèche et une partie du bras sur laquelle elle 20 est montée en vue de dessus avec des coupes et transparences partielles des éléments de la flèche, - la Figure 4 qui représente une partie de la flèche et une partie du bras sur laquelle elle est montée en vue de derrière (depuis la cabine de la tourelle) avec des coupes et transparences partielles des éléments de la flèche, 25 - la Figure 5 qui représente le schéma hydraulique de commande de treuil hydraulique d'enroulement/déroulement de câble. La pelle mécanique 1 de la Figure 1 est du type excavatrice sur chenilles avec tourelle 12 à moteur mobile en rotation. La tourelle 12 comporte, vers l'avant de la pelle, une cabine pour l'opérateur et vers l'arrière 30 un bloc moteur et des éventuels contrepoids. Un bras 2 articulé en 11 est fixé à la tourelle par son extrémité proximale et à la flèche 3 de l'invention par son extrémité distale. Le bras est actionné par un vérin non représenté pour montée et descente dans un plan antéropostérieur de la tourelle de la pelle. Du fait de la disposition de l'articulation 11 de l'extrémité proximale du bras 2, 35 le bras est décalé latéralement par rapport à la cabine. L'extrémité distale du bras 2 peut décrire un cercle sur l'avant de la tourelle, devant et au dessus de la cabine. La flèche 3 est fixée à l'extrémité distale du bras 2 par l'intermédiaire d'une fixation ou attache rapide 4 permettant l'échange de la flèche avec d'autres éléments de travail utilisables par la pelle et notamment classiquement rencontrés sur ce type de pelle. Dans cette réalisation, la fixation rapide 4 est articulée et la relation angulaire entre les axes principaux du bras 2 et de la flèche 3 peut prendre 2 positions prédéfinies verrouillables : une position opérationnelle et une position de transport. Dans cet exemple de la Figure 1, le bras et la flèche sont sensiblement alignés en position opérationnelle. En relation avec les Figures 1, 3 et 4, la flèche 3 comporte une première extrémité, proximale, correspondant à la fixation rapide 4 et vers laquelle deux treuils hydrauliques 5a, 5b latéraux sont fixés, décalés vers l'arrière de la flèche. A noter que pour des raisons de simplification, les moteurs hydrauliques des treuils sont représentés dans la même position sur la figure 3 et sur la figure 4 alors qu'en pratique, la position des moteurs hydrauliques est celle de la figure 4. La seconde extrémité, distale, de la flèche comporte deux poulies 10a, 10b latérales de renvoi de deux câbles 6a, 6b latéraux fixés à leurs premières extrémités à deux tambours 14 des deux treuils hydrauliques 5a, 5b et à leurs deux autres extrémités à une potence 15 de benne 9. La benne 9 peut ainsi être montée et descendue par l'action des treuils 5a, 5b et câbles 6a, 6b. Les deux tambours latéraux des deux câbles sont entraînés par deux moteurs hydrauliques 15. La commande en ouverture et fermeture de la benne 9 s'effectue par commande hydraulique par l'intermédiaire de flexibles hydrauliques 8a, 8b latéraux dont l'enroulement/déroulement automatique sont assurés par deux enrouleur/dérouleur 7a, 7b de flexibles eux-mêmes à commande hydraulique et qui sont fixés à la flèche. La commande hydraulique des deux enrouleur/dérouleur 7a, 7b de flexibles est assurée par un dispositif de contrôle hydraulique piloté par automate constituant un automate hydraulique. L'automate hydraulique assure une tension sensiblement constante des flexibles quelle que soit la phase du mouvement de la benne (montée, descente maintient) et la position en hauteur de la benne. A noter qu'on utilise le qualificatif de latéral pour signifier que les organes en question, notamment tambours des treuils, câbles, poulies, enrouleurs/dérouleurs et flexibles sont situés latéralement, dans des plans sensiblement antéropostérieurs, de part et d'autre de la flèche, sensiblement symétriquement par rapport à cette dernière. La flèche 3 est une pièce complexe métallique réalisée par assemblage, de préférence par soudure, de plaques métalliques entre elles et de pièces spécifiques (par exemple pièce d'attache pour la partie de flèche correspondant à la fixation rapide ou pièces de paliers de poulies...). Globalement, la flèche est en forme de rectangle en coupe transversale, c'est à dire avec deux plaques latérales sensiblement parallèles réunies entre-elles transversalement, mais elle pourrait être constituée d'un treillis de tubes ou de barres ou toutes autres formes adaptées. En vue latérale, la flèche a une forme sensiblement triangulaire avec un bord avant droit et un bord arrière à double pente, sa base (première extrémité, proximale) coté bras, étant globalement plus large que l'extrémité distale du bras. Cette base permet la fixation des treuils hydrauliques vers l'arrière et un peu décalé vers le bas (Figure 1), c'est à dire au delà de la fixation au bras. Ainsi, les treuils hydrauliques 5a, 5b se retrouvent vers l'arrière du bras 2 (Figure 1) ou au dessus (Figure 2). Les deux treuils hydrauliques 5a, 5b latéraux sont disposées décalés en arrière par rapport à la fixation rapide 4 afin que le centre de gravité de la pelle en cours d'utilisation, comme représentée Figure 1, ne se décale pas trop vers l'avant de la pelle par rapport à une flèche classique ce qui réduit le risque de basculement et repousse la limite opérationnelle sensible pour les opérations d'excavation. Cette disposition présente en outre l'avantage de dégager parfaitement le champ de vision de l'opérateur étant donné que les treuils et enrouleurs/dérouleurs se trouvent décalés vers l'arrière d'une ligne passant par les poulies et le point d'articulation du bras à la tourelle. De plus, cela autorise une plus grand possibilité de remontée à la benne, la seule limite à cette remontée étant éventuellement la face inférieure de la flèche contrairement au cas où les enrouleurs/dérouleurs se seraient trouvés vers l'avant de la flèche. A noter que cette limite de remontée peut même être seulement les poulies lorsque lesdites poulies sont suffisamment décalées vers l'avant de la seconde extrémité (distale) de la flèche. La disposition en arrière des treuils hydraulique 5a, 5b est toutefois limitée par le fait qu'en position de transport sur remorque 13 comme représenté Figure 2, la hauteur totale du gabarit de l'ensemble corresponde sensiblement à la hauteur de la tourelle, la cabine en l'espèce. Dans cet exemple, la hauteur totale de l'ensemble transporté est de 4,5 m. L'attache rapide 4 est articulée entre deux positions prédéfinies verrouillables et la relation angulaire entre la flèche et le bras reste constante tant que la flèche est verrouillée dans une de ces deux positions, en l'espèce la position de transport pour la Figure 2. A noter qu'étant donné que le démontage et remontage de la flèche sur le bras sont aisés du fait de la mise en oeuvre d'une attache rapide 4, la pelle 1 peut aussi être transportée sur remorque sans sa flèche fixée. La Figure 5 donne un exemple de schéma hydraulique des commandes d'un treuil hydraulique d'enroulement/déroulement de câble avec la ligne d'arrivée du fluide hydraulique marquée c1 provenant d'une pompe hydraulique de la tourelle 12, la ligne de retour de fluide marquée c2 vers le réservoir de la tourelle 12, et la ligne dédiée au desserrage du frein de treuil marquée c3. Un automate hydraulique est également mis en oeuvre pour la commande des enrouleurs/dérouleurs de flexibles. Cet automate hydraulique adapte la pression hydraulique appliquée aux moteurs des enrouleurs/dérouleurs et par ce fait adapte la tension appliquée aux flexibles, en fonction de la phase de travail, montée/descente/maintient et de la position de la benne preneuse. De préférence, les organes principaux des circuits hydrauliques de l'automate et du treuil sont disposés sur la flèche. La modalité de réalisation dans laquelle les câbles sont latéraux, avec au moins un câble de chaque coté latéral de la flèche, et deux groupes latéraux de flexibles étendus latéralement à la flèche entre la benne et le ou les enrouleurs/dérouleurs hydrauliques de flexible de la flèche, notamment lorsque la benne est portée par une potence recevant à ses deux extrémités latérales les câbles latéraux respectifs, est particulièrement intéressante. En effet, une telle disposition permet de mieux stabiliser la benne et de limiter ses mouvements latéraux et de rotation puisque des efforts de traction dus aux câbles et aux flexibles sont appliqués en des points distincts et à distance de la ligne verticale passant par le centre de gravité de la benne. De plus, si on le souhaite et que l'on dispose de deux enrouleurs/dérouleurs hydrauliques de flexible pouvant être commandés aussi de manière séparée, il devient possible de provoquer une certaine rotation de la benne en appliquant des tensions différentes entre les deux groupes latéraux de flexibles. A noter que les flexibles peuvent être associés à des câbles de renfort/support auxquels ils sont fixés sur leur longueur ou en certains points de leur longueur, les flexibles et leur/leurs câbles s'enroulant sur le/les enrouleurs/dérouleurs hydrauliques de flexible de la flèche du coté de la flèche et le câble de renfort/support étant fixé sur la benne ou la potence de la benne de l'autre coté. Dans certaines modalités de réalisation, la flèche comporte une ou plusieurs caméra vidéo permettant de visualiser par le haut le fond de la fouille d'excavation qui, du fait de sa grande profondeur, peut ne pas être visible en vision directe par l'opérateur de la pelle installé dans sa cabine, la cabine comportant alors un ou plusieurs écrans de visualisation. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers qui viennent d'être décrits, mais s'étend à toutes variantes et équivalents conformes à son esprit. Ainsi, on comprend bien que l'invention peut être déclinée selon de nombreuses autres possibilités sans pour autant sortir du cadre défini par la description et les revendications. REVENDICATIONS1. Flèche (3) à benne (9) d'excavation grande profondeur pour pelle mécanique (1) à commande hydraulique, ladite pelle comportant un châssis sur lequel une tourelle (12) tournante est montée ainsi qu'un bras (2) proximal articulé à sa première extrémité à ladite tourelle, ladite flèche portant la benne d'excavation à commande hydraulique et étant destinée à se raccorder par sa première extrémité à la seconde extrémité du bras proximal ainsi qu'à des circuits électriques et hydrauliques de ladite pelle mécanique, caractérisée en ce que le raccordement de la flèche au bras proximal est une fixation amovible à attache rapide (4) permettant un verrouillage en deux positions angulaires de la flèche par rapport au bras, une position opérationnelle et une position de transport, en ce que la benne (9) est reliée à la flèche par un système de câble (6a, 6b) pour montée/descente de ladite benne, la seconde extrémité de la flèche comportant un système de poulie (10a, 10b) de renvoi de câble permettant à la benne (9) de se déplacer verticalement à l'avant de ladite flèche, en ce que la flèche amovible (3) supporte l'ensemble des moyens nécessaires aux mouvements de la benne (9) et notamment : - au moins un treuil hydraulique (5a, 5b) pour le système de câble, - au moins un enrouleur/dérouleur hydraulique (7a, 7b) de flexibles (8a, 8b) pour un système de flexibles hydrauliques (8a, 8b) étendus entre la benne et le ou les enrouleurs/dérouleurs (7a, 7b) de flexible, - les systèmes de distribution hydrauliques correspondants, en ce que, en position opérationnelle de la flèche, l'axe du ou des treuils est positionné dans un plan vertical situé à l'intérieur des points d'appui extrêmes de la pelle sur le sol, en ce que, en position opérationnelle de la flèche, le ou les treuils (5a, 5b) et le ou les enrouleurs (7a, 7b) sont disposés à l'arrière d'une ligne passant par la/les poulies et le point d'articulation du bras à la tourelle afin qu'ils soient en dehors du champ de vision d'un opérateur installé dans la tourelle. 2. Flèche selon la revendication 1, caractérisée en ce que la fixation amovible à attache rapide est articulée et la relation angulaire entre les axes principaux du bras proximal 2 et de la flèche 3 peut prendre deux positionsprédéfinies verrouillables: une position opérationnelle et une position de transport, la relation angulaire entre la flèche et le bras proximal restant constante tant que la flèche est verrouillée dans une de ces positions. 3. Flèche selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un dispositif de contrôle hydraulique à type d'automate hydraulique agissant sur l'enrouleur/dérouleur hydraulique de flexible et qui assure une tension sensiblement constante du système de flexible étendu entre la benne et l'enrouleur/dérouleur hydraulique de flexible quelle que soit la position en montée/descente de la benne. 4. Flèche selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que le système de câble comporte deux câbles latéraux (8a) (8b) actionnés par au moins un treuil hydraulique (5a, 5b) et passant sur deux poulies latérales (10a) (10b), lesdits câbles et poulies étant disposés latéralement dans des plans antéropostérieurs de chaque coté latéral de la flèche. 5. Flèche selon la revendication 4, caractérisée en ce que le système de câble à deux câbles latéraux est actionné par deux treuils hydrauliques latéraux (5a) (5b). 6. Flèche selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le système de flexible hydraulique étendu entre la benne (9) et l'enrouleur/dérouleur hydraulique (7a, 7b) de flexible fixé à la flèche comporte au moins une paire de flexibles, lesdits flexibles étant séparés entre eux en au moins deux groupes latéraux chacun dans un/des plans de chaque coté latéral de la flèche, chacun des groupes latéraux de flexible(s) s'enroulant sur au moins un tambour latéral de l'enrouleur/dérouleur hydraulique de flexible, ledit tambour pour ledit groupe étant disposé d'un coté latéral de la flèche. 7. Flèche selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comporte deux enrouleurs/dérouleurs hydrauliques (7a, 7b) latéraux de flexibles et deux groupes latéraux d'un flexible chacun, chaque enrouleur/dérouleur hydraulique latéral recevant un des deux flexibles latéraux. 8. Flèche selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisée en ce que la benne est portée par une potence (15) recevant à ses deux extrémités les deux câbles latéraux provenant des deux poulies latérales. 9. Flèche selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est destinée à être reliée à au moins une conduite de fluide hydraulique sous pression et à des circuits électriques de commande de vannes électromécaniques disposées dans des circuits hydrauliques de contrôle des organes de la flèche. 10. Pelle mécanique (1) à commande hydraulique, caractérisée en ce qu'elle comporte une flèche (3) à benne (9) d'excavation grande profondeur selon l'une quelconque des revendications précédentes.