DISPOSITIF DE CAPTEUR À CONVERSION DU DEPLACEMENT ANGULAIRE HORIZONTAL D' UNE FLECHE D' UN ENGIN DE TERRASSEMENT

[0001] La présente invention appartient au domaine technique du guidage des engins de terrassement, par exemple des pelles mécaniques utilisées pour l’excavation, le creusement, le terrassement, le remblai, etc. L’invention s’applique en particulier à des pelles hydrauliques, dotées d’un bras présentant un déport au niveau du pied de flèche ou d’une partie de la flèche.

[0002] L’invention vise plus particulièrement un dispositif de conversion de déplacement angulaire prévu pour être monté sur une flèche d’un tel engin de terrassement et notamment d’une pelle hydraulique, de préférence une pelle présentant un déport de flèche, pour mesurer un déplacement angulaire vertical, mais aussi un déplacement angulaire horizontal de la flèche sur la pelle hydraulique.

[0003] L’invention vise à titre secondaire un engin de terrassement équipé d’un tel dispositif de conversion de déplacement angulaire.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE

[0004] Une pelle hydraulique standard, utilisée pour des travaux tels que le creusement, l’excavation ou le remblai, comprend un bras articulé imitant globalement le mouvement d’un bras humain. Ce bras articulé se termine par un godet, adapté pour creuser un terrain. Le bras articulé est relié à la tourelle. Cette dernière comporte une cabine dans laquelle le conducteur est positionné et depuis laquelle il commande le mouvement du bras. Un bras articulé de pelle hydraulique comporte généralement une « flèche » reliée, à une extrémité, à la tourelle, tandis que sur l’extrémité opposée de cette flèche est montée, articulée, l’extrémité d’un « balancier ». Le godet est placé à l’extrémité opposée de ce balancier.

[0005] La flèche et le balancier sont généralement actionnés par des vérins hydrauliques respectifs, notamment en rotation autour de leurs articulations. Dans le domaine des pelles mécaniques, on connaît notamment des bras avec une flèche monobloc ou une flèche à volée variable, avec ou sans déport de flèche.

[0006] Depuis la tourelle montée sur le châssis, le conducteur dispose généralement d’un système de guidage (comportant par exemple un tableau de bord) lui permettant de connaître plusieurs paramètres de position du bras, tels que la position du godet, l’inclinaison du balancier, ou encore l’inclinaison de la flèche. Le conducteur a accès à ces mesures depuis l’intérieur de la tourelle, ce qui permet de limiter la dépendance du conducteur vis-à-vis des équipiers au sol pour recevoir les informations en temps réel. [0007] Les systèmes de guidage de pelle connus peuvent comporter des capteurs de mouvement angulaire fixés sur la flèche, sur le godet, etc. ces capteurs permettant de mesurer un déplacement angulaire vertical des différentes portions du bras par rapport au châssis, ou par rapport à une portion de la flèche, etc. L’information acquise par ces capteurs peut être retranscrite sur le tableau de bord dans la cabine. Le guidage est par exemple réalisé par GPS (« Global Positioning System »).

[0008] La flèche du bras d’une pelle hydraulique est montée au moyen d’un pied de flèche sur la tourelle, généralement au voisinage de la cabine, ceci de manière articulée autour d’un axe horizontal. Dans certains cas, cette flèche est également pivotante autour d’un axe vertical à cette extrémité solidaire de la tourelle par l’intermédiaire d’un pied de flèche.

[0009] Le conducteur dispose ainsi d’un degré de liberté supplémentaire pour déplacer le bras et le godet sans modifier sa trajectoire. On parle alors de pelle à « déport de flèche », le pied de flèche et son articulation étant déportés par rapport à la tourelle. Dans une telle architecture, le pied de flèche a davantage de mobilité vis-à-vis de la tourelle et du reste du châssis de la pelle hydraulique. Les pelles hydrauliques du marché, inférieures à 25 tonnes, présentent souvent un tel déport de flèche.

[0010] Dans une pelle équipée d’un déport de flèche, la flèche peut pivoter par rapport au châssis de la pelle, non seulement verticalement (autour d’un axe de rotation sensiblement parallèle au sol) mais aussi horizontalement (autour d’un axe de rotation sensiblement orthogonal au sol). Pour connaître la position et l’inclinaison de la flèche, il convient donc de mesurer en temps réel le déplacement angulaire selon ces deux directions.

[0011] Pour fournir ces mesures d’angle, il a été proposé d’équiper le bras de flèche d’une pluralité de capteurs angulaires, capables de positionner le godet par rapport à au moins un autre capteur de type GNSS (« Global Navigation Satellite Systems ») permettant une géolocalisation en temps réel du godet. On utilise par exemple à cet effet un capteur angulaire, dit gravitaire, du type à bulle d’air chauffée, fonctionnant par gravité. Toutefois, de tels capteurs gravitaires ne peuvent pas déterminer un déplacement angulaire horizontal, c’est-à-dire par rotation autour d’un axe vertical.

[0012] Il est également utilisé des capteurs de type accéléromètre, mais ils ne sont pas adaptés à des déplacements lents au cours desquels ils ont tendance à dériver, de sorte qu’il convient à chaque fois de les recaler.

[0013] Il n’existe donc pas à ce jour à la connaissance de la Déposante un système simple, peu encombrant et peu onéreux adaptable à une pelle présentant un déport de flèche, pour mesurer le déplacement angulaire horizontal de la flèche par rapport au châssis.

[0014] DESCRIPTION GENERALE DE L’INVENTION

[0015] Un premier objectif de l’invention est de proposer un système de guidage du bras d’un engin de terrassement permettant de répondre aux problématiques soulevées ci- avant, et qui soit notamment mieux adapté pour contrôler la position du bras d’une pelle à déport de flèche.

[0016] Un objectif additionnel est de fournir un engin incorporant un dispositif de conversion du déplacement angulaire horizontal de la flèche autour d’un axe de rotation sensiblement vertical (déplacement angulaire qui est donc réalisé horizontalement). Combiné à un capteur de mesure angulaire, ce dispositif de conversion doit permettre une mesure précise, peu sensible aux vibrations de la pelle et peu sensible à l’usure de la bague entourant l’axe vertical de rotation de la flèche.

[0017] Ce dispositif est en outre souhaité peu encombrant et peu volumineux, de sorte à s’adapter facilement à tout type de pelle hydraulique.

[0018] Un autre objectif est de proposer un dispositif de mesure de déplacement de flèche qui soit peu onéreux et de fabrication simple, notamment en ce qui concerne le(s) capteur(s) angulaire(s). On souhaite préférentiellement réutiliser le même type de capteur angulaire qui est déjà usuellement utilisé pour mesurer le déplacement d’une flèche et/ou d’un balancier et/ou d’un godet et/ou d’une tourelle selon l’axe de tangage ou selon l’axe de roulis.

[0019] Pour répondre à ces objectifs, un premier aspect de l’invention concerne un dispositif de capteur à conversion de déplacement angulaire horizontal d'une flèche d’un engin de terrassement, ledit dispositif étant prévu pour être embarqué sur l’engin de terrassement et comprenant un support de capteur comportant :

[0020] - une pièce émettrice prévue pour être montée fixement sur une partie (16) de la flèche ;

[0021] - une transmission mécanique configurée pour transmettre à une pièce réceptrice un déplacement angulaire horizontal de ladite pièce émettrice par rapport à un bâti autour d'un premier axe, ledit pièce réceptrice étant alors déplacé angulairement autour d'un deuxième axe perpendiculaire au premier axe ;

[0022] - le support de capteur étant configuré pour recevoir au moins un capteur, de type gravitaire et/ou accéléromètre, conçu pour mesurer ledit déplacement angulaire de la pièce réceptrice autour du deuxième axe,

[0023] - ledit support de capteur étant monté solidaire du bâti et en rotation autour du premier axe.

[0024] Un dispositif de conversion de déplacement angulaire tel que défini ci-avant peut, de manière optionnelle et sans limiter la définition de l’invention, présenter les caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison :

[0025] Selon un deuxième aspect, la présente invention concerne un engin de terrassement comprenant un bâti et une flèche comprenant un pied de flèche mobile par rapport audit bâti, ledit engin étant de préférence une pelle hydraulique, ledit engin comprenant en outre un dispositif de conversion tel que défini ci-avant, comprenant un capteur de mouvement angulaire pour mesurer un déplacement de la flèche par rapport au bâti autour d’un axe, et comprenant en outre un support solidaire du bâti, le capteur de mouvement angulaire étant monté sur ledit support.

[0026] DESCRIPTION GENERALE DES FIGURES

[0027] D’autres objectifs et avantages de l’invention ressortiront de la lecture de la description ci-après, donnée à titre illustratif et non limitatif, cette description étant complétée par les figures annexées parmi lesquelles :

- La [Fig.1] [Fig.1] représente une pelle hydraulique à déport de flèche montée sur des chenilles, vue de profil.

- La [Fig.2][Fig.2] illustre schématiquement un dispositif de conversion de déplacement angulaire horizontal de flèche selon un premier exemple de réalisation, le dispositif de conversion étant monté sur une pelle hydraulique à déport de flèche, le dispositif étant vu de côté.

- La [Fig.3] [Fig.3] illustre schématiquement le même dispositif de conversion, vu du côté.

- La [Fig.4][Fig.4] est une vue schématique de côté d’un dispositif de conversion de déplacement angulaire horizontal de flèche selon un second exemple de réalisation ;

- La [Fig.5] [Fig.5] est une vue schématique de face de la [Fig.4] ;

- La [Fig.6] [Fig.6] est une vue schématique en coupe de la [Fig.4] ;

- La [Fig.7][Fig.7] est une vue similaire à la [Fig.6] d’un dispositif de conversion selon un troisième exemple de réalisation.

[0028] DESCRIPTION D’UN EXEMPLE DE REALISATION

[0029] En référence à la [Fig.l], on a représenté une pelle hydraulique 1 selon un exemple. La pelle 1 comporte un châssis 2, monté sur des moyens de roulement 3, de type chenilles ou roues. Sur ce châssis 2 est montée en rotation autour d’un axe vertical une tourelle, encore dénommé bâti 4, surmonté d’une cabine 5 accueillant un poste de pilotage pour le conducteur. Sur cette tourelle 4 est encore fixé un bras articulé 6.

[0030] Plus particulièrement, le bras articulé 6 comprend un balancier 7 dont une première extrémité libre 8 est équipée, au moyen d’une articulation 9, d’un outil 10, ici représenté sous forme d’un godet, au moins rotatif autour d’un axe horizontal. A sa seconde extrémité 11 et grâce à une articulation 12, ce balancier 7 est monté pivotant autour d’un axe de rotation horizontal sur une première extrémité 13 d’une flèche 14 dont la seconde extrémité opposée 15 est articulée autour d’un axe horizontal sur un un pied de flèche 16, ceci à l’aide d’une articulation 17.

[0031] Il convient d’observer que la flèche 14 peut être composée d’un premier membre de flèche relié au pied de flèche 16 et prolongé au travers d’une articulation par un second membre de flèche recevant le balancier 7, configuration qui n’est pas représenté dans les dessins.

[0032] Ainsi, le bras articulé 6 peut présenter une articulation 9 entre le godet 10 et le balancier 7, une articulation 12 entre le balancier 7 et la flèche 14 (voire entre un premier et un second membre de flèche), et une articulation 17 entre cette flèche 14 et le pied de flèche 17. Les différentes pièces sont articulées entre elles, par exemple, par un vérin hydraulique respectif.

[0033] Dans le cas d’une pelle hydraulique dite à « déport de flèche », ce déport de flèche 18 peut intervenir au niveau du pied de flèche 16. Celui-ci peut lui-même être solidarisé à la tourelle ou bâti 4 au travers d’une articulation 19 axe de rotation verticale.

[0034] Dans le mode de réalisation non représenté et déjà évoqué plus haut, ce déport de flèche est défini par un axe d’articulation entre le premier membre et le second membre d’une flèche en deux parties.

[0035] Dans le cas d’un déport de flèche 18 au pied de flèche 16, celui-ci se présente sous forme d’une chape concevant en partie cette articulation 19.

[0036] Cette conception conduit en ce que la flèche 14 est mobile en rotation par rapport à la tourelle ou bâti 4, principalement autour des deux axes perpendiculaires suivants :

- un premier axe B sensiblement vertical, passant par l’articulation 19 du pied de flèche 16 sur cette tourelle ou bâti 4 (qui correspond à un déplacement angulaire horizontal de la flèche 14 parallèlement au sol) ;

- un deuxième axe passant par l’articulation 17, ici perpendiculaire au premier axe B, ledit axe étant sensiblement parallèle à la surface du sol et passant par le pied de flèche 16 (qui correspond à un déplacement angulaire vertical de la flèche 14 perpendiculairement au sol).

[0037] Dans le cas où la flèche 14 comprendrait un premier membre de flèche articulé avec un deuxième membre de flèche portant le balancier, le deuxième membre de flèche peut également subir un déplacement angulaire, par exemple horizontal, par rapport à la base de flèche.

[0038] A titre illustratif, on a représenté sur la [Fig.1] la position d’un axe C autour duquel le deuxième membre de flèche peut être mobile en rotation par rapport au premier membre de flèche.

[0039] On décrit ci-après un dispositif 20 de conversion de déplacement angulaire de la flèche 14. Le dispositif 20 permet de convertir en déplacement angulaire vertical le déplacement angulaire horizontal de la flèche 14 autour de l’axe B par rapport à la tourelle oui bâti 4. Ce dispositif 20 est illustré sous différents exemples de réalisation dans les Figures 2 à 7. Il est prévu pour être embarqué sur la flèche 14, par exemple sur le pied de flèche 16.

[0040] En alternative, ce dispositif 20 de conversion pourrait être utilisé sur un autre type d’engin de terrassement.

[0041] Le dispositif 20 comprend un support de capteur 25 (décrit plus en avant) comprenant une pièce émettrice 21 qui suit le déplacement angulaire horizontal de la flèche 14. Par exemple, la pièce émettrice 21 comprend un arbre vertical en forme de gond 22 monté par soudure ou au travers d’une embase 23 sur le pied de flèche 16, préférentiellement dans le prolongement axial de l’axe B de pivotement vertical (pour un déplacement horizontal) de ce pied de flèche 16 par rapport à la tourelle ou bâti 4.

[0042] Sur cet arbre 22 est engagé, libre en rotation et au moyen d’un palier 30, une première aile horizontale 24 d’une équerre 25 reliée solidairement à la tourelle ou bâti 4. Par conséquent, lorsque le pied de flèche 16 tourne par rapport à la tourelle 4 autour de l’axe de pivotement vertical B défini par l’articulation 19 qui le relie à cette tourelle 4, l’aile horizontale 24 de l’équerre 25 pivote, elle autour de l’arbre 22.

[0043] Plus particulièrement, cette équerre 25 défini au moins en partie le support de capteur que comporte le dispositif de conversion selon l’invention. Notamment, comme souhaite le représenter les figures 2 à 7, le support de capteur peut emprunter la forme d’un boitier dont deux 24 ; 24A des parois perpendiculaires conçoivent l’équerre 25.

[0044] On notera que dans un exemple alternatif où la flèche 14 présenterait un premier et second membre de flèche articulés entre eux autour d’un axe C (tel qu’illustré sur la [Fig.l]), la pièce émettrice 21 pourrait être montée sur une extrémité du second membre de flèche, pour suivre son déplacement angulaire autour de l’axe C par rapport au premier membre de flèche.

[0045] Selon un premier mode de réalisation correspondant aux figures 2 et 3 la pièce émettrice 21 comprend au moins un disque entraineur 26 monté solidaire en rotation sur l’arbre 22 pour transmettre le déplacement angulaire horizontal autour de l’axe B (ou autour de l’axe C dans l’exemple alternatif mentionné ci-dessus). Ce disque entraineur 26 appartient à une transmission mécanique 27.

[0046] Celle-ci comporte également au moins un disque entrainé 28 d’une pièce réceptrice 21A, placée de l’autre côté de la transmission 27. Ce disque entrainé 28 est monté solidaire en rotation sur un arbre 29 de la pièce réceptrice 21 A, cet arbre 29 étant rmonté libre en rotation autour d’un axe horizontal à l’aide d’un palier 30A sur la seconde aile 24A, perpendiculaire à la première aile 24, de l’équerre 25.

[0047] La transmission mécanique 27 comprend, encore, un élément de transmission directe 31, transmettant le mouvement du disque entraineur 26 au disque entrainé 28. Dans ce premier exemple, l’élément de transmission 31 comprend au moins une biellette 32 ; 33 reliée grâce à des articulations au disque entraineur 26, d’une part, et au disque entrainé 28, d’autre part, de sorte qu’une rotation du premier disque 26 autour de l’axe vertical B correspondant à un déplacement horizontal, génère une rotation du second disque 28 autour de l’axe horizontal A, correspondant à un déplacement vertical. [0048] Un tel mode de réalisation conduit cependant à des déplacements de ces disque 26 et 28 qui n’est pas proportionnel au déplacement angulaire horizontal de la flèche 14, mais plutôt exponentiel.

[0049] Comme souhaite l’illustrer les figures 4, 5 et 6 s’appliquant à un second exemple de réalisation, les disques 26, 28, respectivement de la pièce émettrice 21 et de la pièce réceptrice 21A, peuvent être remplacés, respectivement, par une poulie entraineuse 26A et une poulie entrainée 28A et l’élément de transmission 31 par une courroie 32A. Celle-ci vient s’enrouler partiellement autour de ces poulies 26 A ; 28 A en contournant un rouleau de renvoi 34 dont l’axe 35 s’étend perpendiculaire au plan passant par les axes A et B, ceci pour renvoyer les brins de cette courroie 32A, depuis des directions de déplacement horizontales autour de la poulie entraineuse 26A, dans des directions de déplacement verticales autour de la polie entrainée 28A.

[0050] On comprend bien qu’en lieu et place d’une courroie, il peut être fait appel à un câble et/ou une corde.

[0051] La [Fig.7] illustre un troisième mode de réalisation dans lequel la transmission mécanique 27 emprunte la forme d’un engrenage conique 36, comportant, au niveau de la pièce émettrice 21, une roue entraineuse à denture conique 26B montée solidaire en rotation sur l’arbre 22 et en prise directe avec une roue entrainée à denture conique 28B montée solidaire en rotation sur l’arbre 29 de la pièce réceptrice 21A.

[0052] Un déplacement angulaire horizontal de la flèche 14 autour de l’axe B est ainsi transmis, via la transmission mécanique 27, quelle que soit sa forme de réalisation, depuis la pièce émettrice 21 à la pièce réceptrice 21 A qui réalise alors un déplacement angulaire vertical autour de l’axe A.

[0053] Le dispositif 1 de conversion angulaire est doté d’une embase de réception 37 configurée pour recevoir un capteur 38 de mouvement angulaire de la pièce réceptrice 21A. L’embase de réception 37 présente par exemple une forme générale de disque, ou alternativement une forme générale rectangulaire. Il est monté solidaire en rotation sur l’arbre 29 de cette pièce réceptrice 21A. Ainsi, par rapport à la seconde aile 26A verticale de l’équerre 25, cette embase de réception 37 peut se situer sur cet arbre 29, soit du côté, selon le cas, du disque entrainé 26, de la poulie entrainée 26A ou de la roue conique entrainée 26B, soit du côté opposé (solution préférée et illustrée sur les figures). On notera que le capteur 38 peut être monté de manière amovible sur cette embase de réception 37.

[0054] Une fois positionné sur l’embase de réception 37, il est configuré pour mesurer le déplacement angulaire vertical de la pièce réceptrice 21 A par rapport à la pièce émettrice 21 et donc de la tourelle ou bâti 4. Une fréquence de mesure du capteur 38 de mouvement angulaire est par exemple comprise entre 50 Hertz et 150 Hertz, par exemple égale à 100 Hertz. [0055] Un avantage important du dispositif 1 est de rendre possible, pour la mesure du déplacement angulaire horizontal, l’utilisation d’un capteur 38 standard, de type gravitaire et/ou accéléromètre, tel que mis en œuvre usuellement pour mesurer un déplacement angulaire vertical d’une flèche de pelle. Le capteur 38 est par exemple un capteur angulaire à bulle d’air chaud fonctionnant par gravité.

[0056] Le dispositif 1 de conversion, associé à un tel capteur, permet ainsi de mesurer un déplacement angulaire horizontal de la flèche de pelle, et on peut s’affranchir d’un capteur complexe qui serait spécifiquement dédié à cet effet.

[0057] Un avantage supplémentaire est que la précision du déplacement angulaire horizontal perçu par ce dispositif n’est pas affectée par un éventuel jeu, qui pourrait exister au niveau de l’articulation 19 du pied de flèche 16 sur la tourelle ou bâti 4.

[0058] Comme expliqué plus haut, le support de capteur 25, est monté en rotation sur l’arbre 22 d’axe confondu avec l’axe B, correspondant à l’axe de rotation du pied de flèche 16 par rapport au bâti 4, en l’occurrence la tourelle. Par ailleurs ce support de capteur 25 est fixe par rapport au bâti 4. A ce propos tout moyen de liaison 39 susceptible de fixer en rotation ce support de capteur 25 par rapport au bâti 4 peut être mis en œuvre. Dans les figures 3 et 5 on voit solidarisé au support de capteur 25 une tige fileté définissant au moins en partie ce moyen de liaison. Cependant, il peut prendre bien d’autres formes de réalisation.

[0059] A noter également, que le dispositif de conversion, peut être équipé de moyens de communication à distance et/ou de moyens de liaison filaire pour transmettre les informations du capteur 38 en direction d’une unité de gestion, par exemple implanté au niveau de la cabine de pilotage 5 et communiquant avec des moyens d’affichage susceptible d’informer le conducteur de la position angulaire de la flèche 14 autour de l’axe B. Ces moyens d’affichage peuvent être ceux destinés à donner à ce conducteur d’autres information altimétrique de la positon de l’outil 10.