FR 2776953 A1 19991008 FR 9807408 A 19980611 Edouard BOISSON L'invention concerne une lame semi-rigide pour machine à couteaux rotatifs du genre broyeur,tondeuse,débroussailleuse. De nombreuses machines, notamment agricoles, sont équipées 5 de couteaux rotatifs. Lorsque les couteaux heurtent un obs- tacle, il arrive que la machine subisse des dégats: vilebre- quin d'un moteur de tondeuse faussé, carter éclaté, et s'il s'agit d'un broyeur, les dégats seraient encore plus onéreux. Afin de réduire le choc, il a été proposé des couteaux libre- IO ment articulés qui peuvent s'effacer en cas d'obstacle. La fig I illustre en vue de dessus un exemple d'organe de coupe à couteaux articulés, encore appelée lame d'un broyeur à la- me horizontele classique. L'organe de coupe est constitué d'un portecouteaux, qui est mobile en rotation autour d'un I5 axe vertical, et à chaque extrémité duquel est articulé li- brement un couteau comportant un tranchant. En fonctionne- ment, le porte-couteaux est mis en rotation autour de l'axe selon FI, et dans le même temps la machine avance selon F2. Si le tranchant d'un couteau entre en contact avec de l'her- be à couper, il se trouve soumis simultanément à deux forces: la force centrifuge qui est appliquée au centre de gravité du couteau, qu'elle tend à orienter dans le prolongement du porte-couteaux, et la force éxercée par l'herbe sur le tran- chant du couteau. De sorte qu'il se replie, dans le plan de l'organe de coupe, en sens inverse du sens de rotation. Une fois qu'il a atteint la position illustrée à la fig I, le couteau 2 se trouve soumis à une force centrifuge qui est dirigée le long de la ligne L2, laquelle passe par l'axe de rotation 4, et le centre de gravité G du couteau 2. Le cou- teau est soumis à un moment m2, non nul par rapport à l'ar- ticulation du couteau. Le moment correspond au moment de la- dite force par le bras de levier. Par suite, le couteau est soumis à deux moments antagonistes, à savoir le moment mI qui est le produit de la force F3 éxercée par l'herbe et le bras de levier B, et le moment m2 nouvellement créé. Chaque couteau cesse de se replier dès que les moments mI et m2 -2 atteignent la même valeur absolue. Il occupe alors une posi- tion formant un angle o( par rapport à sa direction initiale. En continuant à tourner, le couteau arrive au demi-tour o il n'y a pas d'herbe à couper. Le couteau n'est finalement plus soumis qu'au moment m2, de sorte qu'il revient à sa po- sition d'alignement avec le portecouteaux. Il résulte du débattement des couteaux qui est dû à la survenue tardive du moment m2, plusieurs inconvénients majeurs. De l'inclinai- son du couteau d'un angle ci résulte une diminution du ray- IO on du cercle décrit par le tranchant du couteau et donc une première réduction de la vitesse circonférencielle; de plus, pendant le demi-tour en charge, l'axe de rotation tourne de IBO0 pendant que le tranchant du couteau se décale en re- tard par rapport à l'axe; la distance parcourue étant le pro- I5 duit de la vitesse par le temps, si le temps ne varie pas tandis que la distance diminue, la vitesse a donc diminué également. Enfin la coupe est moins efficace du fait que la direction de déplacement du couteau n'est plus perpendiculai- re à sa ligne de tranchant; la vitesse efficace est inférieu- re à la vitesse apparente. Le débattement des couteaux, c' est à dire leurs replis et redressements successifs, absorbe aux vitesses de rotation habituellement utilisées, une éner- gie importante tandis que les articulations travaillent en permanence. L'invention propose un organe de coupe performant, en l'occu- rrence une lame semi-rigide qui remédie aux inconvénients précités de l'art antérieur. Précisément l'invention propose un porte-couteaux sur lequel sont articulés des couteaux dont chacun présente un tranchant sur l'un de ses bords lon- gitudinaux et dont le centre de gravité est décalé par rap- port à une ligne imaginaire LI passant par l'axe de rotation du porte-couteaux et par l'articulation du couteau audit por- te-couteaux. Des moyens de blocage formant butée étant pré - vus au voisinage de ladite articulation et constitués par un premier moyen de blocage qui est solidaire de chacun des- dits couteaux et par un second moyen de blocage qui est soli- daire dudit porte-couteaux et adapté à coopérer avec ledit premier moyen de blocage de manière à orienter la ligne de tranchant sensiblement en direction de l'axe de rotation du porte-couteaux. Dans la suite de la description, les termes "amont" et "aval" seront utilisés pour définir des positions par rapport au sens de rotation normal des couteaux. Selon une première forme d'éxécution, fig 2, le décalage du centre de gravité de chaque couteau, en aval de ladite ligne imaginaire peut être obtenu en prévoyant que l'axe longitu- ID dinal dudit couteau est sensiblement aligné avec ladite li- gne imaginaire et en ajoutant audit couteau un moyen formant masselotte qui est situé de l'autre c8té de ladite ligne par rapport au tranchant. Selon une deuxième forme d'exécution, l'axe longitudinal du couteau peut tre en aval de la ligne I5 imaginaire et ledit couteau peut comporter un prolongement amont permettant son articulation au porte-couteaux. Enfin, une troisième forme d'exécution utilise à la fois le moyen formant masselotte et le prolongement amont de l'articula - tion. Le décalage vers l'aval du centre de gravité de chaque couteau garantit l'éxistance d'un bras de levier de la force centrifuge par rapport à l'articulation dudit couteau, puis- que ladite force qui est appliquée au centre de gravité du couteau et passe par l'axe de rotation du porte-couteaux, forme un angle par rapport à ladite ligne imaginaire. Ainsi, même en fonctionnement "à vide", c'est à dire en l'absence de toute matière à couper, l'organe de coupe selon l'inven- tion est tel que les couteaux qu'il comporte sont soumis à un moment non nul et ce, sans que les tranchants des couteaux se présentent sous un angle de coupe défavorable; le sens de déplacement des couteaux est sensiblement perpendiculaire au tranchant. Des moyens de blocage sont prévus pour éviter que ledit moment entraîne "à vide" un pivotement des couteaux vers l'amont. Les figures 2,3,4 et 7 sont respectivement des vues schématiques en plan du dessus d'une partie d'un organe de coupe selon différentes formes d'exécution de l'invention. La fig 5 est une vue de face de l'éxtrémité du porte-couteaux -4représenté à la fig 4, et la fig 6 est une vue de droite de la fig 5. Sur la fig 2, un couteau 2 est articulé en 8 sur un porte-couteaux I qui est mobile en rotation selon FI, au- tour d'un axe vertical 4, le couteau 2 est situé dans le pro- longenment du porte-couteaux I. Il comporte un tranchant 9 le long de son bord longitudinal amont, et un élément formant masselotte 5, le long du bord longitudinal aval, en vis à vis dudit tranchant 9. Dans la forme d'exécution illustrée, l'é- lément formant masselotte 5 est constitué par un prolongement I0 dudit couteau. Le couteau 2 comporte le long du bord longitu- dinal amont, à l'opposé du tranchant 9, une partie formant talon 7, qui est adaptée à coopérer avec une butée 6 solida- risée au porte-couteaux I et disposée en vis à vis dudit ta- lon. La forme d'exécution illustrée à la fig 3 diffère de I5 celle représentée à la fig 2 en ce sens que le couteau I2 n'est plus dans le prolongement du porte-couteaux II, mais qu'il se trouve légèrement décalé vers l'aval, et la ligne de tranchant L9 est toujours orientée sensiblement en direc- tion de l'axe de rotation 4. Par ailleurs le couteau I2 com- porte un prolongement amont ID de forme courbe qui est tra- versé par l'articulation 8. Le prolongement I0 présente un épaulement 7 formant talon qui est adapté à coopérer avec une butée 6 formée sur le porte-couteaux II. Le fonctionnement de l'organe de coupe selon l'invention se- ra maintenant décrit par référence aux figures 2 et 3. Lors- que l'organe de coupe est mis en rotation selon FI, la force centrifuge crée par suite du décalage du centre de gravité G du couteau, par rapport à la ligne LI qui passe par l'axe 4 et l'articulation 8, un moment m2 orienté vers l'amont. Le couteau est toutefois empêché de pivoter vers l'amont, par la coopération de la butée 6 avec le talon 7. Les moyens de blocage 6,7, sont déstinés à éviter un déplacement par rota- tion du couteau vers l'amont et ils évitent en particulier que le centre de gravité G ne vienne se positionner sur la ligne LI, ce qui ne serait évidemment pas souhaitable. Lor- sque le couteau rencontre un obstacle exerçant sur son tran- -- 5 -- chant une force F3, qui crée elle même un moment mI, de sens contraire au moment m2, le couteau restera dans la position illustrée sur les figures 2 et 3 tant que mI nière générale, l'organe de coupe selon l'invention sera con- çu de telle manière que m2 corresponde au moment de la force maximale admissible qui sera éxercée sur le tranchant. Dès que mI sera supérieur à m2 lors du contact avec un obstacle anormalement résistant, le couteau pivotera vers l'aval de façon à protéger l'organe de coupe. La fig 4 est une vue par- I0 tielle de dessus selon coupe aa, la fig 5 représente le por- te-couteaux de face et la fig 6 est une vue de droite de la fig 5. Avec la forme d'exécution représentée fig 4, le porte- couteaux 2I a ses extrémités en forme de chape, laquelle peut être rapportée et soudée sur le porte-couteaux. Cette chape a la forme d'un U couché dont la partie centrale fera fonction de butée 6 pour coopérer avec le talon 7 d'une part, et cette butée étant positionnée du cnté amont (fig 6), elle empêchera la terre de s'introduire et de gêner le libre re- pli du couteau en cas de besoin. Les deux parties horizonta- les de la chape sont percées afin de permettre le passage de l'articulation 28. Un moyen classique sera utilisé afin de ne pas serrer le couteau, par exemple vis freinée, avec épaulement, ou entretoise 50. Le couteau 22 a son angle d'éx- trémité de l'art ancien perdaient leur efficacité en se repliant da- vantage sous l'effet de la force F3. Avec l'invention, lors- que toute la partie située en amont de la ligne LI est usée, le centre de gravité se déporte avantageusement vers l'aval, le bras de levier augmente, et le moment m2 ne diminue que modérément. La fig 7 représente une forme d'exécution avec porte-couteaux de forme circulaire comportant plusieurs cou- teaux mais dont un seul est représenté. Le porte-couteaux - 6 - pourrait avoir une forme quelconque. Chaque couteau comporte une articulation semi-rigide en son milieu. La partie primai- re I00 peut être constituée de deux biellettes dont les arti- culations 38 sont déportées vers l'amont et qui pourront,en 5 plus, être équipées de masselottes 55. La partie extérieure du couteau sera semblable au couteau 22 de la fig 4, mais dont les repères commencent par 5. La fig 8 représente une forme d'exécution de l'invention appliquée sur broyeur à arbre horizontal, vu en bout d'arbre. Le porte-couteaux II' IO est formé d'un cylindre dont l'axe de rotation 4' est hori- zontal. Les couteaux 12' ont leur ligne de tranchant 9' per- pendiculaire à leur sens de déplacement, l'éxtrémité des cou- teaux est légèrement en amont de la ligne LI' afin de sauve- garder le moment m2 après avoir subi une perte de masse im- portante par usure des couteaux. La fig 9 illustre un organe de coupe selon l'invention, mais dont les couteaux sont ré- versibles. Afin d'atteindre ce but, on a équipé les couteaux de deux trous pouvant servir à l'tarticulation soit 8" et 8"J, de deux talons 7" et 7" et de deux tranchants non représentés, le porte-couteaux I" ne comporte qu'une seule articulation située en 8" et une seule butée 6". Dans le montage représen- té par la fig 9, l'articulation se fait en 8" et le blocage est assuré par l'action de 7"' et 6". Après retournement du couteau afin de bénéficier d'un tranchant neuf, c'est le trou 8"! qui servira à l'articulation et sera sur la ligne LI"; le talon 7" qui était jusqu'alors inutilisé prendra la place du talon 7"' et participera au blocage en coopération avec la butée 6", laquelle ne change pas de place puisqu'el- le est solidaire du porte-couteaux I". La partie rectangulai- re du couteau 2" est légèrement vrillée en son milieu afin d'avoir son bord aval relevé et éjecter la matière coupée. Les couteaux équipant les broyeurs à lame horizontale sont souvent contre-coudés afin de surélever le porte-couteaux; cette particularité largement utilisée n'a pas été reportée sur les croquis dans le seul but de ne pas surcharger ceux- ci et de faciliter la compréhension de la lame semi-rigide -7- laquelle améliore sensiblement la vitesse efficace, diminue la puissance absorbée et conserve l'efficacité de la coupe même après usure déja importante des couteaux. Sur broyeur à arbre horizontal équipé d'un rotor cylindrique il est parfois possible de supprimer la butée 6' et d'appuyer le talon 7' directement sur le rotor. La plupart des couteaux éxistants: en Y, en L, à palette, à cuillère, à marteau, peuvent être utilisés pour la lame semi-rigide, simplement en les repliant vers l'aval afin de déporter leur centre de IO gravité vers l'aval et en les maintenant en cette position en rajoutant un talon 7' solidaire de l'outil. La puissance absorbée par ces outils ainsi modifiés sera en sensible dimi- nution. Une meilleure amélioration est obtenue en utilisant des outils spécialement conçus pour lame semi-rigide tels I5 que l'herminette, qu'on appellera ainsi à cause de sa ressem- blance avec cette ancienne hachette de charpentier décrite ci-dessous. L'herminette est représentée de face par la fig II et de profil par la fig IO. Le talon 7' appuie directem ent sur le rotor II', l'articulation I8' est composée de deux flasques I4' solidaires du rotor, percées ainsi que 1' herminette, et le tout traversé par un boulon non représenté et dont l'écrou est freiné de façon classique. Le trou d'ar- ticulation de l'herminette peut être d'un diamètre supérieur à celui des flasques, il peut aussi recevoir une bague entre- toise, non représentée, un peu plus longue que la largeur de l'outil et permettant de bloquer l'écrou sans freiner le re- pli de l'outil. Le manche I5' aura une section en forme de losange ou correspondant à l'un quelconque des profilés du commerce; il pourra être avantageusement recourbé vers l'aval de manière à y déporter le centre de gravité, d'assu- rer un bras de levier suffisant, et de pouvoir se replier au maximum comme représenté en pointillés. Enfin cet outil se termine par le couperet I6', partie élargie, recourbée, plus massive, et à l'extrémité se trouve le tranchant 9'. En po- sition de travail, c'est à dire lorsque le talon 7' est en appui de blocage avec le deuxième moyen de blocage 6' ou II' dans le cas présent, la face éxterne du tranchant L4' forme un angle de 10 degrés au moins avec la ligne L3'; laquelle ligne L3' étant la perpendiculaire à la ligne LI' abaissée à partir de l'intersection des lignes LI' et L4'. L'éxtrémi- té du tranchant 9' est situé au voisinage de la ligne LI',et légèrement en amont de cette ligne, afin qu'après un long usage il soit encore situé au voisinage de LI',mais en aval cette fois, et encore très efficace. La concavité du manche de l'herminette aura le même rayon que le rotor, ou approch- ant; la longueur totale de l'herminette pourra être voisine ou supérieure au rayon du rotor. Si les meilleurs résultats sont obtenus avec des outils spécialement conçus pour orga- ne de coupe semi-rigide comme ceux qui sont représentés par les différentes figures, il est toutefois possible, sur les I5 broyeurs à arbre horizontal, en particulier ceux qui sont équipés d'un rotor cylindrique, d'utiliser des outils de l'art ancien en obtenant une efficacité intermédiaire. Afin de parvenir à ce but, on réalisera une pièce spéciale s'in- terposant entre le rotor II' et l'outil I2', rendue solidai- re du rotor par un moyen connu. On appellera cette pièce "cuvette porte-outil" ou encore cuvette. La fig I3 représen- te cette cuvette de face et la fig I2 de profil en coupe. Elle comprend deux flasques I4' percées chacune d'un trou afin de monter afin de monter l'outil I2' sur la cuvette au moyen d'une vis et écrou freiné du genre nylstop ou autre. L'outil de l'art ancien ne comportant pas de talon serait librement articulé si la partie amont I6 de la cuvette ne constituait un premier moyen de blocage, tandis que le man- che de l'outil, au point 17, tient le rôle de deuxième moy- en de blocage, venant coopérer avec le premier et ceci dans une position telle que le centre de gravité G soit en aval de la ligne LI' définie précédemment et l'éxtrémité du tran- chant 9' se trouvant au voisinage de ladite ligne. La cuvette peut aussi être prévue pour accepter les outils munis de ta- lon et les outils sans talon 7'o Le montage d'une entretoise I9 éxcentrée ou non,élargit les possibilités d'adaptation. - 9 - REVENDICATIONS I/2 I) Organe de coupe composé d'un porte-couteaux et au moins deux couteaux, fixés au porte-couteaux par une articulation chacun, caractérisé en ce qu'il comporte un premier moyen de blocage 6, 6', 6", I6, 56, solidaire du porte-couteaux, et un second moyen de blocage 7, 7', 7", 711"l, I7, 57, solidaire du couteau, adapté à coopérer avec le premier moyen de blo- cage, ces moyens étant situés au voisinage de l'articulation 8, 8", I8', 28, 38, 58, à une distance maximum égale au tiers de la longueur du couteau, et disposés de manière telle que lorsque le couteau est en position de blocage, son centre de gravité G est situé à une distance comprise entre 0,5 et IO cm en aval d'une ligne LI, LI', LI", laquelle ligne part de l'axe de rotation, passe par l'axe d'articulation,et se prolonge un peu au delà de l'éxtrémité du couteau; la partie éxtrème du tranchant 9, 9', 9", 59, est alors située au voi- sinage de cette ligne LI,LI', LI", ne pouvant s'en éloigner de plus d'un tiers de la largeur du couteau du côté amont et de deux fois la largeur du couteau du côté aval. 2) Organe de coupe pour machine à axe vertical, selon reven- dication I, caractérisé en ce que la ligne de tranchant L9 est sensiblement orientée en direction de l'axe de rotation 4,4"11, à plus ou moins une largeur de couteau. 3) Organe de coupe pour machine à axe vertical, selon reven- dications I et 2,caractérisé en ce que le couteau 9" compor- te deux trous d'articulation 8", "',et deux talons 7", 7"'. 4) O'rgane de coupe pour machine à axe vertical selon revendi- cations I et 2, caractérisé en ce que l'angle d'extrémité c>' du couteau est inférieur à 90 degrés. ) Organe de coupe selon revendications I et 4, caractérisé en ce que les pièces interposées entre le porte-couteaux et les couteaux (biellettes IOO) sont munies de deux moyens de blocage: talon 7 et butée 56. 6) Organe de coupe pour machine à arbre horizontal selon revendication I, caractérisé en ce que le rotor II' fait aussi - I0 - REVENDICATIONS 2/2 fonction de butée 6'; le talon 7' du couteau I2' s'appuyant directement sur le rotor Il'. 7) Organe de coupe pour machine à arbre horizontal,selon revendications I et 6, caractérisé en ce que le manche I5' de l'outil présente une concavité vers l'aval. 8) Organe de coupe pour machine à arbre horizontal, selon revendications 1,6, 7, caractérisé en ce que l'angle 3 formé par les lignes L3',qui est la perpendiculaire de LI', et L4', qui est la face externe I7' du couteau I2',est IO supérieur ou égal à IO degrés. 9) Organe de coupe pour machine à arbre horizontal selon revendication I, caractérisé en ce que la cuvette porte- outil (fig I2) fait aussi fonction de moyen de blocage au point I6. IO) Organe de coupe selon l'une des revendications carac- térisé en ce que l'articulation I8', 28 est obturée du côté amont.