Brevet FR3094731A1 — publié le 20201009

Description Titre de l'invention : BREVET D'INVENTION POUR UN DISPOSITIF D'ORIENTATION SUR QUATRE AXES D'UN GODET OU AUTRES OUTILS SUR UN ENGIN DE CHANTIER OU DE MANUTENTION [0001] La présente invention concerne un Dispositif d'orientation sur quatre axes d'un godet ou outils quelconques sur un engin de chantier ou de manutention. Ce dispositif dénommé « PendRotaBox-4AxHy », actionné par quatre axes hydrauliques solidaires d'un double boitier articulé, est fixé mécaniquement sur le balancier d'un engin à flèche articulée ou directement sur la flèche de l'engin à potence rigide et permet de fixer sur la partie inférieure un outil [fie.1], par exemple godets, griffes, pics, marteaux, grappins, qui pourra ainsi être orienté librement dans trois dimensions par une double inclinaison et une rotation non limitée pour déplacer une charge jusqu'à 50 tonne. [0002] Le Dispositif « PendRotaBox-4AxHy » est adapté pour être utilisés pour des travaux terrestres extérieurs ou sous abri et les actionneurs hydrauliques impliqués peuvent fonctionner avec des huiles hydrauliques minérales ou des fluides hydrauliques biodégradables, de viscosité cinématique comprise entre 12 mm2 s-1 et 240 mm2 s-' et miscibles dans l'eau douce, afin d'être en cohérence avec les directives de protection de la nature. [0003] Le Dispositif « PendRotaBox-4AxHy » est composé de deux unités autonomes dénommées « Unité supérieure » et.« Unité inférieure » assemblées sur une structure mécanosoudée rigide commune permettant à l'unité inférieure de pivoter dans le plan de l'unité supérieure. Chaque unité est composée de deux axes hydrauliques solidaires d'une structure mécanique commune (8) [fig.1], à savoir : Unité supérieure [0004] Un axe pendulaire « Xi » constitué d'un vérin rotatif VRhyd-X1 (1) nécessaire pour obtenir une inclinaison de 0° à +1- 55° de l'axe « Y1 » dans le plan du balancier ou de la flèche rigide, dont la partie rotorique est solidaire du balancier ou de la flèche via 2 x 20 vis mécaniques à tête creuse de taille appropriée à la charge nominale de l'engin, telle une pelle hydraulique, ce qui permet. à la partie statorique du vérin rotatif (1), solidaire du corps de l'unité supérieur, de transmettre le mouvement pendulaire recherché à l'unité inférieure porteuse de l'outil via le support (2), 100051 Un axe rotatif « YI » constitué d'une couronne motorisée par un moteur hydraulique Mesrotbox-Yl (3) nécessaire pour obtenir une rotation de l'outil de 360° ou plus, lorsque l'axe rotatif (9 & 10) de l'unité inférieur « Y2 » se trouve solidairement 2 verrouillé avec l'axe supérieur « Y1 » (3 & 5), d'un demi-accouplement supérieur (6) de transmission mécanique à l'axe rotatif « Y2 », et d'un ensemble de verrous électromagnétiques destiné au verrouillage des deux unités (Y1 & Y2). Unité inférieure 100061 Un axe rotatif « X2 » constitué d'un vérin rotatif VRhyd-X2 (11) nécessaire pour obtenir unc rotation de 0° à +140° de l'axe « Y2 » dans le plan pendulaire de l'unité supérieure, dont la partie rotorique est solidaire de la structure rigide (8) via 2 x 20 vis mécaniques à tête creuse de taille appropriée à la charge nominale de l'engin, telle une pelle hydraulique, ce qui permet à la partie statoriquc, solidaire du corps de l'unité inférieure, de transmettre le mouvement semi-rotatif recherché à l'unité inférieure via le support (14), un axe rotatif « Y2 » constitué d'une couronne motorisée par un moteur hydraulique MHrothox-Y2 (9) nécessaire pour obtenir unc rotation de l'outil de 360° ou plus, lorsque l'axe rotatif (9 & 10) de l'unité inférieur «Y2 » aura été incliné par le vérin rotatif (11), se trouvant ainsi désolidarisé de l'axe supérieur « YI » (3 & 5), un demi-accouplement inférieur (7) de transmission mécanique à l'axe rotatif « Y2 », utile uniquement lorsque l'unité supérieure est assemblée à l'unité inférieure, l'angle du vérin rotatif VRhyd-X2 (11) étant alors nul. [0007] Lc Dispositif « PendRotaBox-4AxHy » permet de positionner l'outil de travail, par exemple le godet, fixé solidairement sur la plaque interface dédiée (12), dans de multiples positions, symétriques ou asymétrique par rapport au plan du balancier ou de la flèche, permettant la réalisation d'une multitude de tâches complexes dont les principales sont décrites ci-dessous, [fig.2] : Inclinaison « X1 » = 0° -Inclinaison « X2 » = [0008] Lc vérin rotatif (1) et le vérin rotatif (11) sont dans leur position de référence angulaire de 0', l'unité supérieure est parallèle à l'unité inférieure et solidarisé par l'assemblage des demi-accouplements (6) & (7) et le verrouillage électromagnétiques de sécurité (non représenté pour la clarté du dessin). Les éléments impliqués dans le cas de la figure [fig.2] sont les suivants : Pour l'unité supérieure : VRhyd-X1 (1), (2) & MHrotbox-Y1 (3), (4), (5), (6) Pour l'unité inférieure : VRhyd-X2 (11), (14) & MHrotbox-Y2 (9), (15), (10), (7) (12), Le support (2) fixée sur les deux cotés du balancier ou de la flèche rigide, La structure mécanique statique d'assemblage (8) des deux unités, sur laquelle est fixée par un ensemble de deux fois vingt vis la partie rotorique du vérin rotatif (11) et l'unité inférieure par le support (14). Les mouvements d'inclinaison et de rotation sont assurés uniquement par l'unité supérieure, l'unité inférieure ayant été verrouillée pour ne servir que de boite de transfert. L'espace de travail de l'outil sera limité par le champ pendulaire du vérin rotatif (1) 3 qui est de 0 / +-55° et le rayon de giration de l'outil entrainé par le moteur hydraulique (3). [fig.3] : Inclinaison « X1 » = 0° - Inclinaison « X2 » = 90° [0009] Le vérin rotatif (1) reste en position de référence alors que le vérin rotatif (11) est à la position angulaire de 90', ainsi l'unité inférieure est orthogonale à l'unité supérieure et désolidarisé par la séparation des demi-accouplements (6) & (7) et le verrouillage électromagnétiques de sécurité de l'unité supérieure. Les éléments impliqués dans le cas de la figure [fig.3] sont les suivants : Pour l'unité supérieure : reste en position de référence Pour l'unité inférieure : VRhyd-X2 (11), (14) & MHrothox-Y2 (9), (15), (10), (7), (12) Le support (2) fixée sur les deux cotés du balancier ou de la flèche rigide, La structure mécanique statique d'assemblage (8) des deux unités, sur laquelle est fixée par un ensemble de deux fois vingt vis la partie rotorique du vérin rotatif (11) et l'unité inférieure par le support (14). Les mouvements d'inclinaison et de rotation du godet sont assurés uniquement par l'unité inférieure. L'espace de travail de l'outil sera limité par le champ pendulaire du vérin rotatif (11) qui est de 0 / + 140° et le rayon de giration de l'outil entrainé par le moteur hydraulique (9), le maintien d'une position angulaire quelconque entre ces deux limites est requis ainsi que celle de l'outil à n'importe quelle position giratoire. Dans le cas présent, l'unité inférieure a été positionnée à un angle de +90° par rapport à l'unité supérieure. [fig.4] : Inclinaison «Xl » = 0° - Inclinaison «X2» = 45° [0010] Le vérin rotatif (1) reste en position de référence alors que le vérin rotatif (11) est à la position angulaire de 45°, l'unité inférieure est inclinée de 45° par rapport à l'unité supérieure en se trouvant ainsi mécaniquement désolidarisé de cette dernière après avoir provoqué la séparation des demi-accouplements (6) & (7) de chaque unité et le déverrouillage électromagnétiques de sécurité. Les éléments impliqués dans le cas de la figure [fig.4] sont les suivants : Pour l'unité supérieure : reste en position de référence Pour l'unité inférieure : VRhyd-X2 (11), (14) & MHrotbox-Y2 (9), (15), (10), (7), (12) Le support (2) fixée sur les deux cotés du balancier ou de la flèche rigide, La structure mécanique statique d'assemblage (8) des deux unités, sur laquelle est fixée par un ensemble de deux fois vingt vis la partie rotorique du vérin rotatif (11) et l'unité inférieure par le support (14). Les mouvements d'inclinaison et de rotation du godet sont assurés uniquement par l'unité inférieure. L'espace de travail de l'outil sera limité par le champ pendulaire du vérin rotatif (11) qui est de 0 / + 140° et le rayon de giration de l'outil entrainé par le moteur hydraulique (9), le maintien d'une position angulaire quelconque entre ces deux limites est requis ainsi que celle de l'outil à n'importe quelle position giratoire. Dans le cas présent, l'unité inférieure a été positionnée à un angle de +45° par rapport à l'unité supérieure. [fig.5] : Inclinaison « X1 » = +45° - Inclinaison « X2 » = 90° [0011] Le vérin rotatif (1) est à la position +45° alors que le vérin rotatif (11) est à la position angulaire de 90', l'unité inférieure est orthogonale à l'unité supérieure, en se trouvant ainsi mécaniquement désolidarisé de cette dernière après avoir provoqué la séparation des demi-accouplements (6) & (7) de chaque unité et le déverrouillage électromagnétiques de sécurité. Les éléments impliqués dans le cas de la figure [fig.5] sont les suivants : Pour l'unité supérieure : VRhyd-X1 (1), (2) & MHrotbox-Y1 (3), (4), (5), (6) Pour l'unité inférieure : VRhyd-X2 (11), (14) & MHrothox-Y2 (9), (15), (10), (7), (12) Le support (2) fixée sur les deux cotés du balancier ou de la flèche rigide, La structure mécanique statique d'assemblage (8) des deux unités, sur laquelle est fixée par un ensemble de deux fois vingt vis la partie rotorique du vérin rotatif (11) et l'unité inférieure par le support (14). Les mouvements d'inclinaison et de rotation du godet sont assurés par les deux unités, l'unité supérieure ayant été inclinée de 45° vers la gauche par le vérin rotatif (1) alors que l'unité inférieure aura été positionnée à un angle +90°. Cette combinaison permet des travaux complexe et souvent peu accessibles [fig.6] : Inclinaison « X1 » = -45° - Inclinaison « X2 » = 0° [0012] Le vérin rotatif (1) est à la position -45° alors le vérin rotatif (11) reste à sa position de référence angulaire de 0°, l'unité supérieure est parallèle à l'unité inférieure, cet ensemble formant un angle de -45° par rapport au plan horizontal l'axe de rotation du vérin rotatif (1) en étant solidarisé par l'assemblage des demi-accouplements (6) & (7) et le verrouillage électromagnétiques de sécurité). Les éléments impliqués dans le cas de la figure [fig.6] sont les suivants : Pour l'unité supérieure : VRhyd-XI (1), (2) & MHrotbox-YI (3), (4), (5), (6) Pour l'unité inférieure : reste en position de référence Le support (2) fixée sur les deux cotés du balancier ou de la flèche rigide, La structure mécanique statique d'assemblage (8) des deux unités, sur laquelle est fixée par un ensemble de deux fois vingt vis la partie rotorique du vérin rotatif (11) et l'unité inférieure par le support (14). Les mouvements d'inclinaison et de rotation sont assurés uniquement par l'unité supérieure, l'unité inférieure ayant été verrouillée. [fig.7] : Inclinaison « X1 » = +45° - Inclinaison « X2 » = 0° [0013] Le vérin rotatif (1) est à la position +45° alors le vérin rotatif (11) reste à sa position de référence angulaire de 0', l'unité supérieure est parallèle à l'unité inférieure, cet ensemble formant un angle de +45° par rapport au plan horizontal l'axe de rotation du vérin rotatif (1) en étant solidarisé par l'assemblage des demi-accouplements (6) & (7) et le verrouillage électromagnétiques de sécurité). Les éléments impliqués dans le cas de la figure [fig.7] sont les suivants : Pour l'unité supérieure : VRhyd-X1 (1), (2) & MHrotbox-Y1 (3), (4), (5), (6) Pour l'unité inférieure : reste en position de référence Le support (2) fixée sur les deux cotés du balancier ou de la flèche rigide, La structure mécanique statique d'assemblage (8) des deux unités, sur laquelle est fixée par un ensemble de deux fois vingt vis la partie rotorique du vérin rotatif (11) et l'unité inférieure par le support (14). Les mouvements d'inclinaison et de rotation sont assurés uniquement par l'unité supérieure, l'unité inférieure ayant été verrouillée. [fig.8] : Inclinaison «X1 » =+45° - Inclinaison « X2 » = 135° [0014] Le vérin rotatif (1) est à la position +45° alors que le vérin rotatif (11) est à la position angulaire de 135', l'unité inférieure se trouve en position verticale par rapport au plan horizontal l'axe de rotation du vérin rotatif (1), en se trouvant ainsi mécaniquement désolidarisé de cette dernière après avoir provoqué la séparation des demi-accouplements (6) & (7) de chaque unité et le déverrouillage électromagnétiques de sécurité. Les éléments impliqués dans le cas de la figure [fig.8] sont les suivants : Pour l'unité supérieure : VRhyd-X1 (1), (2) & MHrotbox-Y1 (3), (4), (5), (6) Pour l'unité inférieure : VRhyd-X2 (11), (14) & MHrotbox-Y2 (9), (15), (10), (7), (12) Le support (2) fixée sur les deux cotés du balancier ou de la flèche rigide, La structure mécanique statique d'assemblage (8) des deux unités, sur laquelle est fixée par un ensemble de deux fois vingt vis la partie rotorique du vérin rotatif (11) et l'unité inférieure par le support (14). [0015] Les mouvements d'inclinaison et de rotation du godet sont assurés par les deux unités, l'unité supérieure ayant été inclinée de 45° vers la droite par le vérin rotatif (1) alors que l'unité inférieure aura été positionnée à un angle +135° afin d'obtenir une position verticale pour l'unité inférieure. Cette combinaison permet des travaux complexe et souvent peu accessibles [0016] Le Dispositif « PendRotaBox-4AxHy » est composé comme décrit de deux unités hydro-mécaniques intégrant chacune deux axes hydrauliques constitué chacun d'un vérin rotatif à corps tournant, d'un moteur hydraulique, d'un boîtier support ayant aussi 6 la fonction dc carter pour lubrifier la couronne entrainement, des composants hydrauliques de verrouillage, dc sécurité et des blocs de raccordement hydraulique, la distribution hydraulique tout ou rien étant intégré dans la génération hydraulique inhérente à l'engin de chantier ou de manutention permettant un pilotage basique à vue par le conducteur. [0017] Le concept du Dispositif « PendRotaBox-4AxHy » est adapté pour une utilisation au- tomatisée ou robotisée, les axes hydrauliques comportant alors les capteurs de recopie du mouvement mécanique des axes pour contrôler leurs positions, vitesses ou forces, en fonction de consignes et instructions envoyées par des manipulateurs numérisé ou autre automate afin d'obtenir les mouvements décrits dans le présent descriptif via des valves proportionnelles spécifiques pilotés par des régulateurs amplificateurs numériques, permettant soit un pilotage en cabine de l'engin de chantier ou de manutention ou un pilotage à distance nécessaire pour les travaux à hauts risques. 7 [Revendication 1] REVENDICATIONSNotre invention, désignée « PcndRotaBox-4AxHy », est un dispositif d'orientation sur quatre axes destiné à être installé sur un engin de chantier ou de manutention pour être fixé mécaniquement sur le balancier ou la flèche de l'engin afin d'effectuer des mouvements en trois dimensions d'un godet ou d'un outil quelconque permettant, par la combinaison des mouvements du dispositif la réalisation de travaux complexes souvent peu accessibles, caractérisé en cc que le « PendRotaBox-4AxHy » est composé de deux unités autonomes (XY 1 & XY2) [Fig.1], comportant chacune deux axes hydrauliques dont le premier est pendulaire (VRhyd-X1 & VRhyd-X2) et le second est rotatif (MI-h-otbox-Y1 & MHrotbox-Y2), ces deux unités, nommées respectivement unité supérieure et unité inférieure, sont solidaires d'une structure rigide commune (8), permettant ainsi d'orienter librement un outil en charge jusqu'à 50 tonne, par exemple un godet, qui sera fixé sur la plaque interface (12) en sortie de l'unité inférieure (MHrotbox-y2), le mouvement pouvant s'effectuer dans les trois dimensions par une double inclinaison angulairement autonome des axes pendulaires (VRhyd-X1 & VRhyd-X2) associé à un mouvement giratoire de l'axe rotatif (MHrotbox-Y1) de l'unité supérieure, qui est constitué d'un vérin rotatif hydraulique (1) dont la partie rotorique est solidaire du balancier ou de la flèche, permettant ainsi la rotation du corps de vérin qui entraine via le support (2), le carter « MHrotbox-Y1 » dans un mouvement pendulaire dont l'inclinaison est limitée à une plage de 0 / +-55°, ce carter «Y1 » intègre une couronne motorisée (5), qui, lorsqu'elle est entrainée par une vis sans fin accouplée à un moteur hydraulique (3) dont l'alimentation provient du bloc hydraulique (15), transmettra le mouvement rotatif au demi-accouplement (6), qui sera solidaire du demi accouplement (7) lorsque l'unité inférieure se trouvera entièrement replié [Fig.2] [Fig.6] [Fig.7], la dite unité inférieure étant également constitué d'un vérin rotatif hydraulique (il) dont la partie rotorique est solidaire de la structure (8) qui est fixée sur l'unité supérieure, permettant ainsi la rotation du corps de vérin (11) qui, après déverrouillage du crantage nommé « Verrou-Y2 », entraine via le support (14), le carter « MHrotbox-Y2 » dans un mouvement rotatif dont l'inclinaison est limitée à une plage de 0 / + 140°, ce carter « Y2 » intègre une couronne motorisée (10) qui, lorsqu'elle est entrainée par 8 [Revendication 2] [Revendication 3] une vis sans fin accouplée à un moteur hydraulique (9) dont l'alimentation provient du bloc hydraulique (15), transmettra le mouvement rotatif à la plaque interface (12) en sortie de l'unité inférieure, sur laquelle se fixe un godet ou un outil quelconque. Dispositif d'orientation sur quatre axes « PendRotaBox-4AxHy selon la revendication 1, caractérisé en ce que les combinaisons de mouvements d'inclinaison et de rotations des unités supérieure et inférieure permettent d'orienter exhaustivement l'outil fixé sur la plaque interface (12), par exemple un godet d'excavation, dans de multiples positions, symétriques ou asymétrique par rapport au plan du balancier ou de la flèche, tel qu'entre autres représenté sur la figure [Fig.2], indiquant que l'unité supérieure est horizontalement parallèle à l'unité inférieure parce que les positions angulaires des deux axes pendulaires sont nulles et que les axes rotatif « Y1 » et « Y2» sont verrouillés par l'assemblage des deux accouplements 1(6) & (7)1, permettant ainsi une rotation du godet d'excavation de 360' ou plus, par mise en service d'un des deux axes rotatifs produisant chacune une charge pendulaire adaptée, soit l'axe supérieur « MHrotbox-Y1 » cntrainant ainsi par activation du moteur hydraulique (3) et après mise en roue libre de l'axe inférieur « MHrothox-Y2 », le plateau (12), support du godet, soit l'axe inférieur « MHrotbox-Y2 » entrainant ainsi par activation du moteur hydraulique (9) et après mise en roue libre de l'axe supérieur MHrotbox-Y1 », le plateau (12), support du godet ou par combinaison du travail des deux axes, augmentant ainsi sensiblement la charge pendulaire transmise au godet ou à un outil quelconque par le plateau support (12), facilitant ainsi la réalisation d'une multitude de tâches complexes inaccessible précédemment. Dispositif d'orientation sur quatre axes « PendRotaBox-4AxHy », selon la revendication 2, caractérisé en ce que tel que représenté sur la figure [Fig.3], indiquant que l'unité supérieure est maintenus sur un plan horizontal parce que sa position angulaire est nulle alors que l'unité inférieure a été mise dans un plan orthogonal par rapport à l'unité supérieure après avoir effectué une rotation de 90° ou de 45° tel représenté dans la [Fig.4], généré par l'axe rotatif « VRhyd-X2 » pouvant produire le couple pendulaire nécessaire au verrouillage hydraulique de l'unité inférieure dans cette position, les accouplements 1(6) & (7)1 étant ainsi désolidarisés, seul l'axe inférieur « MHrotbox-Y2 » assurera la rotation mono tour ou multi tours du plateau (12) par mise en rotation de l'axe 9 [Revendication 4] [Revendication 5] inférieur « MHrotbox-Y2 » après activation du moteur hydraulique (9) cntrainant le plateau (12), support du godet d'excavation ou d'un outil quelconque, facilitant ainsi la réalisation d'une multitude dc tâches complexes inaccessible précédemment. Dispositif d'orientation sur quatre axes « PendRotaBox-4AxHy », selon la revendication 2, caractérisé en ce que les combinaisons simples peuvent être obtenues lorsque l'unité supérieure est parallèle à l'unité inférieure [Fig.6] & [Fig.7] et solidarisé par l'assemblage des demi-accouplements (6) & (7) assurant ainsi la transmission de puissance au godet via la plaque interface (12), le vérin rotatif (1) et le vérin rotatif (11) sont dans leur position de référence angulaire de 0° [Fig.6] & [Fig.7], les mouvements d'inclinaison et de rotation sont assurés uniquement par l'unité supérieure, l'unité inférieure ayant été verrouillée pour ne servir que de boite de transfert, l'inclinaison vers la gauche est obtenue par le vérin rotatif (1) dans un plan pendulaire limité, représenté [Fig.6] dans une position de -45', l'inclinaison vers la droite est obtenue par le vérin rotatif (1) dans le champ pendulaire limité représenté [Fig.7] dans une position dc +45°, l'espace de travail du godet limitée par le champ pendulaire du vérin rotatif (1) qui est de 0 à ± 55° et le rayon de giration de l'outil entrainé par le moteur hydraulique (3). Dispositif d'orientation sur quatre axes « PendRotaBox-4AxHy », selon la revendication 2, caractérisé en ce que les combinaisons complexes sont obtenue lorsque après ouverture de verrous-Y2 de sécurité [Fig.1], l'unité inférieure est désolidarisée de l'unité supérieure par rotation du vérin rotatif (11) dans la plage limitée entre 0° à +140°, les demiaccouplements(6) (7) ayant été séparés, l'unité inférieure qui a été amenée à la position angulaire de 90° [Fig.3], l'axe rotatif MHrotbox-Y2 » fonctionnera désormais de façon autonome, l'espace de travail du godet sera d'abord limité par le champ pendulaire du vérins rotatif (1) qui est de 0 / -+55°, puis par le champ du vérin rotatif (11) et le rayon de giration de l'outil entrainé par le moteur hydraulique (9) alimenté par le bloc (15), la multitude de combinaison possible selon l'inclinaison de l'unité supérieur [Fig.5] obtenue par action du vérins rotatif (1) et la position angulaire du vérin rotatif (11) de l'unité inférieure, comme par exemple [Fig.4] dans laquelle l'unité supérieure est en position de référence alors que l'unité inférieure est en position angulaire +45° ou encore [Fig.8] dans laquelle la position angulaire du 10 [Revendication 6] vérin rotatif (1) est de +45° tandis que celle du vérin rotatif (11) est à 135° afin que l'unité inférieure soit positionnée dans un plan vertical, dans toutes les combinaisons possible, la giration du godet fixé sur le plateau (12) est toujours assuré par le moteur hydraulique (9). Dispositif d'orientation sur quatre axes « PendRotaBox-4AxHy », selon toutes les revendications, caractérisé en cc qu'il a été conçu pour un pilotage basique à vue et qu'il est aussi adapté pour une utilisation automatisée ou robotisée, les axes hydrauliques comportant alors les capteurs de recopie du mouvement mécanique des axes pour contrôler leurs positions, vitesses ou forces, en fonction de consignes et instructions envoyées par des manipulateurs numérisé ou autre automate, afin d'obtenir les mouvements décrits dans le présent descriptif via des valves proportionnelles spécifiques pilotés par des régulateurs amplificateurs numériques, permettant soit un pilotage en cabine de l'engin de chantier ou de manutention ou un pilotage à distance nécessaire pour les travaux à hauts risques.