EP1473415A1 - Dispositif sécurisé de verrouillage hydraulique d'attaches rapides et de connexions hydrauliques associées, pour un coupleur - Google Patents

Dispositif sécurisé de verrouillage hydraulique d'attaches rapides et de connexions hydrauliques associées, pour un coupleur Download PDF

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EP1473415A1
EP1473415A1 EP04356058A EP04356058A EP1473415A1 EP 1473415 A1 EP1473415 A1 EP 1473415A1 EP 04356058 A EP04356058 A EP 04356058A EP 04356058 A EP04356058 A EP 04356058A EP 1473415 A1 EP1473415 A1 EP 1473415A1
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EP
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hydraulic
pressure
chambers
tool
cylinder
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René Sieffert
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Ateliers de Construction du Beaujolais
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    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2264—Arrangements or adaptations of elements for hydraulic drives
    • E02F9/2275—Hoses and supports therefor and protection therefor

Definitions

  • the present invention relates to a secure device for hydraulic lock for quick coupler and connection device associated hydraulics.
  • the system is particularly intended for mounting tools such as buckets, tongs, hammers, on the arm or boom a machine such as a hydraulic shovel.
  • the locking device allows quick mounting of a tool to the end of the arm or the arrow of a machine by a simple approach of the coupler until contact with the tool. Disassembly or disconnection is done by voluntary action by the driver on the unlocking system by control of a solenoid valve.
  • Locking devices for quick couplers existing on the market generally use springs which hold a lock in a given position or by the express action of the conductor on one of the locking members. Unlocking is done manually or using a hydraulic actuator.
  • a first problem which the invention aims to solve is that of provide a secure hydraulic locking device for quick couplings, simple design and compact structure.
  • the pressures and the ratio of the sections of the two chambers of the locking cylinder and / or the safety cylinder are established so as to obtain a residual force on the rod, making it possible to catch the possible play of the lock and / or the safety device and now this / these in the closed position.
  • the front chambers of the cylinders lock and security have a determined section, allowing to obtain a residual force on the rod, holding the latch, respectively the device closing in the closed position, when the device is locked, the front chambers of the cylinders being either connected to the accumulator by through the valve, either connected directly to the tarpaulin.
  • the front chamber When the device is locked, the front chamber is connected to the accumulator, or in another configuration, connected to the hydraulic cover, this according to the effort requirements of the locking device.
  • the limiter pressure associated with the accumulator is calibrated at a pressure below the hydraulic pressure source, allowing by the play of the sections in the two cylinders to unlock the system, the effort obtained on the front chamber being greater than the force of the accumulator on the rear chamber.
  • the safety cylinder is subject to the same pressure conditions and sections, this safety cylinder limiting the stroke of the lock acting directly on the rod of this locking cylinder or on a part associated.
  • a sequence valve is mounted on the duct supplying the front chambers of the cylinders communicating said chambers with the accumulator when the pressure is lower than a determined pressure and putting these chambers in communication with the machine's hydraulic pressure supply pipe through the solenoid valve when the pressure exceeds this value determined. From this pressure level, the position of the sequence is modified to supply the front chambers of the cylinders lock and security.
  • a throttle is placed on the duct disposed between the sequence valve and the front chamber of the actuator locking. This characteristic allows a shift in the supply of front chambers of the locking cylinder and the safety cylinder, allowing actuation of the locking cylinder after the safety cylinder has passed in the open position.
  • the hydraulic connection device allows on the same principle establish the hydraulic connections between the coupler and the tool, pass the hydraulic power from the carrier to the tool.
  • the actuator of the module connection has a hollow rod allowing one or more passages of hydraulic lines.
  • Each line receives in the rod at its front end, a connector of known type and at the other end the connector to the line of carrier pressure.
  • This rod there is the conjugate connector on the tool side of known type.
  • the actuator moves under the action of pressures released by the accumulator once the coupler / tool contact has been made, and comes to make the hydraulic connection.
  • This device comprises at least one selection module arranged between the different pressure lines and the rear chambers of the jacks, making it possible, during operation of the device, supplying the rear chambers with the most large pressures of the connected lines.
  • the separation effort of the connectors increases.
  • This line pressure is then diverted into the rear chamber of the cylinder. connection by means of pressure selectors so that the holding effort developed by the cylinder is always related to the pressure of the lines to Connect.
  • this device comprises, on the supply line of the (or) rear chamber (s) of the jacks, a valve piloted at the opening allowing, in the disconnection phase, to reduce the pressure of the pressure and from the rear chamber of the cylinder, to that of the accumulator and so be able to disconnect under optimal conditions, and in that the cylinder the hydraulic connection module is powered during the disconnection on the front chamber side by the pressure of the pump which controls a valve.
  • the body of the module of connection comprises faces and passages of fluids allowing a modular design without external connections, ensuring direct passage of fluids and fixing from one module to another. This is a way elegant to solve the multiplicity of combinations of sizes and number lines to connect.
  • the cylinder rod when the lines to are multiple, the cylinder rod has an eccentric piston relative to the rod, thus allowing immobilization in rotation of the rod by relationship to the body.
  • This immobilization is essential to allow the supply of the actuator connectors opposite those of the tool. Eccentricity or any assimilated ovoid shape allows this immobilization in an optimal compactness.
  • each connector tool side is flexibly mounted in its housing allowing to adapt the alignment.
  • the combination of the secure locking device and hydraulic connection device allows the manufacturer to have a complete function, realizing by simple approach of the coupler on the tool the locking and the realization of hydraulic connections.
  • the combination of these two devices is achieved either by the juxtaposition of the two devices or by its integration, the drawer, the position detector, control solenoid valve and even the accumulator may be common.
  • FIG. 1 represents the lower end of the arm 2 of a machine, such as a shovel, fitted with a coupler 3 intended for mounting a tool 4 constituted by a hydraulic hammer whose upper end is shown in the drawing.
  • the tool is equipped with a connection device 5 comprising a shaft 6 intended to come and engage in a cradle 7 of the coupler, the locking being carried out by means of a cam 8 mounted on a tree 9.
  • FIG. 2 represents an embodiment of the invention, in which a locking cylinder 10 acts on the axis 8 of a cam 9 forming lock.
  • a safety cylinder 12 acts on the same kinematic chain and comes secure the locking by the contact between a wedge 13 carried by the rod of the cylinder and a stop 14 integral with the axis 8.
  • Figure 3 shows the hydraulic circuit in normal position of work, the accumulator 15 being in connection with the front and rear chambers of the locking cylinder 10 and safety cylinder 12.
  • the pressure in the accumulator, and the ratio of the sections of the pistons in the two cylinders are established so as to obtain a residual force on the rod of the cylinders. This is residual effort that will keep the lock in position and constantly come catch up.
  • Figure 4 illustrates the start of unlocking.
  • the solenoid valve 22 is switched so as to supply the device from the pressure source hydraulic 23.
  • the pressure limiter 17 replenishes the accumulator 15 in pressure, so that, for the next work phase, the hydraulic pressure reserve required.
  • the valve sequence 16 switches and supplies the front chambers with cylinders 10 and 12, the front chamber of the jack 12 being supplied before the front chamber of the locking cylinder 10 due to the presence of a throttle 25 on the supply line for this last room.
  • the safety cylinder 12 being retracted, frees the stroke of the locking cylinder 10.
  • the volume hydraulic fluid in the chamber on the side opposite the rod is taken up by the accumulator 15.
  • the rod of the locking cylinder moves in a sense of re-entry.
  • the pressure of pump 23, higher than that of the accumulator allows, despite a smaller front section than that on the side rear, move the cylinders.
  • the driving pressure on the rod side increases the pressure on the accumulator side, until eventually reaching the pressure given by the overpressure limiter 18.
  • Figure 5 shows the device in the end position unlocking.
  • the locking cylinder 10 continues its stroke, and comes to release the tool relative to the coupler.
  • the hydraulic control 19 locating the contact coupler / tool is released by decoupling the tool and the coupler.
  • the drawer associated with control 7 cuts the supply circuit to the cylinder security 12.
  • Figure 6 shows the device in the decoupled position.
  • the control solenoid valve 22 goes into the rest position, with connection return to the cover, and the sequence valve 16 passes the actuator locking 10 in floating position, the two front and rear chambers of this cylinder being again connected to the accumulator 15. Under the effect of differential sections, the cylinder rod comes out.
  • the identification of the relative position of the coupler and of the hydraulic control 19 could be different and constituted for example by an inductive sensor coupled to a solenoid valve replacement of the direct hydraulic control, or by indexing magnetic, a magnet moving the hydraulic control slide when the coupler comes into contact with the tool.
  • the contact surfaces of the safety device in particular the corner 13 at the end of the jack 12 are positioned so that a force on the cam does not directly transmit the force to the actuator.
  • the effort is taken up directly by the structure and the system is mechanically irreversible thanks to the shapes of the surfaces in contact. This can be achieved by a corner, the interposition of a pin or a pin working at shear.
  • FIG. 7 represents an alternative to the supply of the cylinders of locking and safety, the front chamber of the two cylinders being connected to the hydraulic cover in the locked position, and at the pressure of the carrier unlocked position, the other operating phases remaining identical.
  • the forces involved are greater here than in the figures preceding.
  • the second device which is the subject of this invention, shown diagrammatically in FIG. 8, allows hydraulic power to pass from the carrier to the tool, such as a bucket with a hatch, an adjustable bucket or any other accessory requiring energy hydraulic.
  • the pressure lines L1 to Ln are connected by the juxtaposition of the sufficient number of connection modules 28 which comprise a connector 32 - coupler side - and a connector 33 - tool side - type known.
  • the connector 33 is fixedly mounted on the tool by means of a elastic suspension 34, the connector 32 being mounted on the movable rod 36 in translation of a jack 27.
  • an actuator 27 comprises a hollow piston 36 inside which is (are) fixed (s) the connector (s) 32, mounted inside a cylinder 37, delimiting with this two eccentric chambers 38 and 39.
  • the eccentricity is obtained by offset machining of the faces of the jacket and of the piston 35 by relative to the axis of the rod, and aims to ensure good angular positioning connectors 32 with respect to connectors 33.
  • these chambers are connected by hoses to the hydraulic device according to the invention, this connection being able to be produced either alternately and successively with an accumulator 29, or with the hydraulic tank 24. From a practical point of view , the two parts to be connected are brought opposite one another at the time of coupling of the coupler and the tool, without the hydraulic connectors 32, 33 being in contact.
  • the chamber 38 of the actuator 27 is connected to the pressurized fluid accumulator and the chamber 39 is connected to the cover 24.
  • hydraulic selectors 40 deflect the greatest pressure from the lines L i of the module considered towards the rear chamber 38 of the jack 27, making it possible to constantly exert a holding force on the connected interface and not requiring no additional locking system.
  • the chamber 39 is supplied with pressurized fluid, and a valve 50 located between the chamber 38 and the accumulator 29 is controlled so as to reduce the pressure in the lines L i up to the level of the limiter. (18,35) the spacing of the connector 32 and of the connector 33 being made once the pressure of the chamber 39 is greater than that of the chamber 38.
  • the flow rate being almost zero at the time of disconnection, the pressure drop in the lines L i is instantaneous, but imperative to ensure the life of the connectors 32 and 33. This operation is carried out before the mechanical coupler / tool link is unlocked.
  • connection modules It is a modular connection system allowing to adapt by stacking the connection modules, the necessary number of lines Hydraulic.
  • Each module is an independent element and can be designed so as to allow information to be transmitted from one module to another pressure used to control the actuators. It is also possible to connect other energy sources such as energies electric or pneumatic, by replacing connectors hydraulic 32 and 33 by their hydraulic or pneumatic equivalents.
  • the connectors 33 on the tool side are mounted flexible using a suspension 34, on a body whose external shapes 61 allow the attachment of a module on the other, and the central part of which consists of a cylindrical part 60 guiding the outer part of the cylinder rod 27 and centering the inner part connectors 33. It retracts in service to allow connection parts 32 and 33, while ensuring their centering, and in the phase of disconnection, it provides a flat surface easy to clean.
  • connection modules can be either parallel to the axis of rotation of the coupler relative to the tool, or perpendicular to it, or in another direction, since the connectors are installed only after coupling of the coupler and the tool.
  • Figure 11 shows the two previous devices, in which the same elements are designated by the same references as previously, further comprising an actuator 27 for actuating the module hydraulic connection designated by the general reference 28.
  • the cylinder 27 is powered to make the connection, from the accumulator 15, through the hydraulic control 19 locating the coupler / tool contact.
  • an additional accumulator 29 is provided, for the supply of the actuator 27, as well as a supply line of the accumulator 29, on which is mounted a pressure limiter 30 and a overpressure limiter 31.

Abstract

Ce dispositif comprend au moins un vérin hydraulique de verrouillage (10) dont l'extrémité de la tige est munie d'un verrou (26) destiné à coopérer avec l'outil, au moins un vérin hydraulique de sécurité (12), un accumulateur de pression hydraulique (15) relié aux chambres avant et arrière des vérins de verrouillage (10) et de sécurité (12), et un distributeur à tiroir (19) assurant la mise en communication de l'accumulateur (15) avec la chambre arrière du vérin de sécurité (12) en position verrouillée du dispositif, et coupant cette communication en position déverrouillée, et une électrovanne de commande (22) susceptible d'alimenter lors du déverrouillage : les chambres avant des vérins de verrouillage (10) et de sécurité (12), ainsi que l'accumulateur de pression hydraulique (15), et d'assurer la mise à la bâche hydraulique (24) du surplus de la chambre arrière du vérin de verrouillage (10). <IMAGE>

Description

La présente invention a pour objet un dispositif sécurisé de verrouillage hydraulique pour attache rapide et un dispositif de connexion hydraulique associée. Le système est particulièrement destiné au montage d'outils tels que des godets, des pinces, des marteaux, sur le bras ou la flèche d'un engin tel qu'une pelle hydraulique.
Il est donné ci-après le rappel d'un certain nombre de définitions :
  • Un coupleur est un dispositif d'accrochage, relié au bras ou à la flèche d'un engin tel qu'une pelle, permettant un accouplement rapide avec un outil.
  • Un outil est un équipement adapté à un travail particulier, muni d'un dispositif adéquat pour être fixé au coupleur.
  • Un connecteur est une extrémité d'un flexible ou d'un tuyau hydraulique permettant d'établir une liaison hydraulique ou d'ouvrir un circuit hydraulique.
  • Un module de connexion hydraulique remplit une fonction de connexion hydraulique pour l'utilisation d'un outil, tel que marteau, pince, godet inclinable... Il se compose d'une partie fixée sur l'outil et d'une autre fixée sur le coupleur.
Le dispositif de verrouillage permet le montage rapide d'un outil à l'extrémité du bras ou de la flèche d'un engin par une simple approche du coupleur jusqu'au contact de l'outil. Le démontage ou déconnexion se fait par une action volontaire du conducteur sur le système de déverrouillage par la commande d'une électrovanne.
Les dispositifs de verrouillage des systèmes d'attaches rapides existants sur le marché mettent généralement en oeuvre des ressorts qui maintiennent un verrou dans une position donnée ou par l'action expresse du conducteur sur l'un des organes de verrouillage. Le déverrouillage se fait manuellement ou à l'aide d'un actionneur hydraulique. Divers systèmes existent : barres rappelées avec un ressort, volets rappelés par un ressort et déverrouillés par un vérin, came maintenue en position par un ressort hélicoïdal, ou came mue par un piston avec denture et crémaillère. Ces systèmes ne permettent pas la réalisation de coupleurs de grande dimension, en raison du dimensionnement des ressorts notamment.
Un premier problème que vise à résoudre l'invention est celui de fournir un dispositif sécurisé de verrouillage hydraulique d'attaches rapides, de conception simple, et de structure compacte.
Ce premier but est atteint avec un dispositif caractérisé en ce qu'il comprend :
  • au moins un vérin hydraulique de verrouillage dont l'extrémité de la tige est munie d'un verrou destiné à coopérer avec l'outil,
  • au moins un vérin hydraulique de sécurité dont l'extrémité de la tige est destinée à coopérer avec la tige du vérin de verrouillage ou avec une pièce associée à celle-ci, en position fermée du verrou, pour limiter mécaniquement la course du verrou,
  • un accumulateur de pression hydraulique relié au moins aux chambres arrières des vérins de verrouillage et de sécurité, et un distributeur à tiroir assurant la mise en communication de l'accumulateur avec la chambre arrière du vérin de sécurité en position verrouillée du dispositif, et coupant cette communication en position déverrouillée,
  • un détecteur de position, repérant la position accouplée du coupleur sur l'outil, commandant le distributeur à tiroir, cette détection pouvant être réalisée par un palpeur ou un capteur inductif par exemple,
  • une électrovanne de commande susceptible d'alimenter à partir de la source de pression hydraulique de l'engin et lors du déverrouillage, les chambres avant des vérins de verrouillage et de sécurité, ainsi que l'accumulateur de pression hydraulique, et d'assurer la mise à la bâche hydraulique du surplus de pression.
Avantageusement, les pressions et le rapport des sections des deux chambres du vérin de verrouillage et/ou du vérin de sécurité sont établis de manière à obtenir un effort résiduel sur la tige, permettant de rattraper les jeux éventuels du verrou et/ou du dispositif de sécurité et maintenant celui-ci/ceux-ci en position de fermeture.
Suivant une possibilité, les chambres avant des vérins de verrouillage et de sécurité ont une section déterminée, permettant d'obtenir un effort résiduel sur la tige, maintenant le verrou, respectivement le dispositif de fermeture en position de fermeture, lorsque le dispositif est verrouillé, les chambres avant des vérins étant soit reliées à l'accumulateur par l'intermédiaire de la valve, soit reliées directement à la bâche.
Lorsque le dispositif est verrouillé, la chambre avant est reliée à l'accumulateur, ou dans une autre configuration, reliée à la bâche hydraulique, ceci en fonction des besoins en efforts du dispositif de verrouillage. Le limiteur de pression associé à l'accumulateur est taré à une pression inférieure à la source de pression hydraulique, permettant par le jeu des sections dans les deux vérins de déverrouiller le système, l'effort obtenu sur la chambre avant étant supérieur à l'effort de l'accumulateur sur la chambre arrière.
Le vérin de sécurité est soumis aux mêmes conditions de pressions et de sections, ce vérin de sécurité venant limiter la course du verrou en agissant directement sur la tige de ce vérin de verrouillage ou sur une pièce associée.
Suivant une caractéristique de l'invention, une valve de séquence est montée sur le conduit alimentant les chambres avant des vérins mettant en communication lesdites chambres avec l'accumulateur lorsque la pression est inférieure à une pression déterminée et mettant ces chambres en communication avec le conduit d'amenée de la pression hydraulique de l'engin au travers de l'électrovanne lorsque la pression dépasse cette valeur déterminée. A partir de ce niveau de pression, la position de la valve de séquence est modifiée et permet d'alimenter les chambres avant des vérins de verrouillage et de sécurité.
Avantageusement, un étranglement est placé sur le conduit disposé entre la valve de séquence et la chambre avant du vérin de verrouillage. Cette caractéristique permet un décalage dans l'alimentation des chambres avant du vérin de verrouillage et du vérin de sécurité, permettant un actionnement du vérin de verrouillage après que le vérin de sécurité soit passé en position ouverte.
Le dispositif de connexion hydraulique permet sur le même principe d'établir les connexions hydrauliques entre le coupleur et l'outil, de passer la puissance hydraulique de l'engin porteur à l'outil.
Les connexions hydrauliques automatiques, sans intervention manuelle de l'opérateur, permettant de connecter un accessoire à une machine de type pelle hydraulique sont peu nombreuses aujourd'hui et souvent de mise en oeuvre compliquée. Les dispositifs existants sur le marché intègrent des ressorts qui permettent de maintenir en place les connecteurs, ou sont munis d'un système de guidage qui permet de transformer un mouvement de rotation en mouvement de translation, associé à d'un dispositif mécanique de verrouillage qui maintient les connecteurs en place, ou des dispositifs directement liés aux organes de verrouillage des attaches rapides. Quoi qu'il en soit, les systèmes existants demandent une action du conducteur sur le système de verrouillage, au moins pour réaliser les connexions hydrauliques. L'autre but de l'invention est de fournir des moyens pour connecter par simple approche du coupleur sur l'outil, la puissance hydraulique du porteur à l'outil accroché.
Avantageusement, ce dispositif comporte :
  • au moins un vérin hydraulique d'un module de connexion hydraulique, dont l'extrémité de la tige est liée à au moins un connecteur hydraulique de type connu, et dont la chambre avant est reliée à la bâche hydraulique,
  • un accumulateur de pression hydraulique relié à la chambre arrière des vérins hydrauliques des modules de connexion et d'un distributeur à tiroir assurant la mise en communication de l'accumulateur avec la chambre arrière des vérins de connexion, en position verrouillée du dispositif, et coupant cette communication en position déverrouillée,
  • un détecteur de position, repérant la position accouplée du coupleur sur l'outil, commandant le distributeur à tiroir, cette détection pouvant être réalisée par un palpeur ou un capteur inductif par exemple,
  • une électrovanne de commande susceptible d'alimenter à partir de la source de pression hydraulique de l'engin et lors du déverrouillage: les chambres avant des vérins, ainsi que l'accumulateur de pression hydraulique, et d'assurer la mise à la bâche hydraulique du surplus de pression de la chambre arrière des vérins des modules de connexion.
Selon une caractéristique de l'invention, l'actionneur du module de connexion comporte une tige creuse permettant un ou plusieurs passages de lignes hydrauliques. Chaque ligne reçoit dans la tige à son extrémité avant, un connecteur de type connu et à l'autre extrémité le raccord à la ligne de pression du porteur.
En regard de cette tige, se trouve côté outil le connecteur conjugué de type connu. Lors de la connexion, l'actionneur se déplace sous l'action des pressions libérées par l'accumulateur une fois le contact coupleur/outil réalisé, et vient réaliser la connexion hydraulique. Ce dispositif comporte au moins un module de sélection disposé entre les différentes lignes de pression et les chambres arrières des vérins, permettant de réaliser, en cours de fonctionnement de l'appareil, l'alimentation des chambres arrières avec la plus grande des pressions des lignes connectées. Lorsque la pression augmente une des lignes connectées, l'effort de séparation des connecteurs augmente. Cette pression de ligne est alors déviée dans la chambre arrière du vérin de connexion par le moyen de sélecteurs de pression pour que l'effort de maintien développé par le vérin soit toujours en rapport avec la pression des lignes à connecter.
En outre, ce dispositif comprend, sur la ligne d'alimentation de la (ou des) chambre(s) arrière des vérins, un clapet piloté à l'ouverture permettant, en phase de déconnexion, de réduire la pression des lignes de pression et de la chambre arrière du vérin, à celle de l'accumulateur et ainsi de pouvoir déconnecter dans des conditions optimales, et en ce que le vérin hydraulique du module de connexion hydraulique est alimenté en phase de déconnexion côté chambre avant par la pression de la pompe laquelle pilote un clapet.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le corps du module de connexion comporte des faces et des passages de fluides permettant une conception modulaire sans raccords extérieurs, en assurant directement le passage des fluides et la fixation d'un module à l'autre. Ceci est une manière élégante de résoudre la multiplicité des combinaisons de tailles et de nombre de lignes à connecter.
Selon une autre caractéristique de l'invention, lorsque les lignes à connecter sont multiples, la tige du vérin comporte un piston excentré par rapport à la tige, permettant ainsi une immobilisation en rotation de la tige par rapport au corps. Cette immobilisation étant indispensable pour permettre l'amenée des connecteurs de l'actionneur en regard de ceux de l'outil. L'excentration ou toute forme ovoïde assimilée, permet cette immobilisation dans une compacité optimale.
Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque connecteur côté outil est monté de manière souple dans son logement permettant d'adapter l'alignement.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, la combinaison du dispositif sécurisé de verrouillage et du dispositif de connexions hydrauliques, permet au constructeur de disposer d'une fonction complète, réalisant par simple approche du coupleur sur l'outil le verrouillage et la réalisation des connexions hydrauliques. La combinaison de ces deux dispositifs est réalisée soit par la juxtaposition des deux dispositifs soit par son intégration, le tiroir, le détecteur de position, l'electrovanne de commande et même l'accumulateur pouvant être communs.
De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence aux dessins schématiques annexés représentant, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes d'exécution du dispositif selon l'invention.
  • Figure 1 est une vue en perspective du dispositif de couplage entre l'extrémité du bras d'un engin et un outil constitué par un marteau hydraulique.
  • Figure 2 est une vue en perspective du dispositif de verrouillage et du verrou associé à un coupleur.
  • Figures 3 à 6 sont quatre vues du circuit hydraulique d'un dispositif sécurisé de verrouillage.
  • Figure 7est une alternative aux circuits hydrauliques ci-dessus où les chambres avant des vérins avant sont reliées à la bâche hydraulique
  • Figure 8 est une vue de principe de la connexion hydraulique réalisée par les modules hydrauliques et un outil.
  • Figure 9 est un schéma hydraulique de principe du dispositif de connexion hydraulique.
  • Figure 10 est une vue en perspective éclatée, partiellement en coupe, d'une connexion hydraulique entre le module hydraulique et un outil.
  • Figures 11 et 12 sont deux vues d'un circuit hydraulique sécurisé de verrouillage avec connexions hydrauliques associées.
  • Figures 13 représente une vue en perspective, partiellement en coupe, d'une forme d'exécution du module de connexion côté outil.
    • La figure 1 représente l'extrémité inférieure du bras 2 d'un engin, tel qu'une pelle, équipée d'un coupleur 3 destiné au montage d'un outil 4 constitué par un marteau hydraulique dont l'extrémité supérieure est représentée au dessin. L'outil est équipé d'un dispositif de liaison 5 comportant un arbre 6 destiné à venir s'engager dans un berceau 7 du coupleur, le verrouillage étant réalisé par l'intermédiaire d'une came 8 montée sur un arbre 9.
    La figure 2 représente une forme d'exécution de l'invention, dans laquelle un vérin de verrouillage 10 agit sur l'axe 8 d'une came 9 formant verrou. Un vérin de sécurité 12 agit sur la même chaíne cinématique et vient sécuriser le verrouillage par le contact entre un coin 13 porté par la tige du vérin et une butée 14 solidaire de l'axe 8.
    Le circuit hydraulique représenté aux figures 3 à 6 comprend les principaux composants suivants, désignés par les références suivantes :
    • 10 vérin de verrouillage
    • 12 vérin de sécurité
    • 15 accumulateur à membrane
    • 16 valve de séquence
    • 17 limiteur de pression pour recharge de l'accumulateur
    • 18 limiteur de surpression au niveau de l'accumulateur
    • 19 commande hydraulique repérant le contact coupleur/outil
    • 20 limiteur de pression protégeant l'ensemble du dispositif
    • 22 électrovanne de commande du déverrouillage
    • 23 source de pression hydraulique
    • 24 bâche hydraulique
    • 25 étranglement.
    La figure 3 représente le circuit hydraulique en position normale de travail, l'accumulateur 15 étant en liaison avec les chambres avant et arrière du vérin de verrouillage 10 et du vérin de sécurité 12. La pression dans l'accumulateur, et le rapport des sections des pistons dans les deux vérins sont établis de manière à obtenir un effort résiduel sur la tige des vérins. C'est cet effort résiduel qui va maintenir le verrou en position et constamment venir rattraper le jeu.
    La figure 4 illustre le début du déverrouillage. L'électrovanne 22 est commutée de façon à alimenter le dispositif à partir de la source de pression hydraulique 23. Le limiteur de pression 17 réalimente l'accumulateur 15 en pression, de manière à disposer, pour la phase de travail suivante, de la réserve de pression hydraulique nécessaire.
    A partir d'un niveau de pression prédéterminé, la valve de séquence 16 commute et permet d'alimenter les chambres avant des vérins 10 et 12, la chambre avant du vérin 12 étant alimentée avant la chambre avant du vérin de verrouillage 10 en raison de la présence d'un étranglement 25 sur la ligne d'alimentation de cette dernière chambre. Le vérin de sécurité 12 étant escamoté, permet de libérer la course du vérin de verrouillage 10. Le volume de liquide hydraulique dans la chambre située du côté opposé à la tige est repris par l'accumulateur 15. La tige du vérin de verrouillage se déplace dans un sens de rentrée.
    La pression de la pompe 23, plus élevée que celle de l'accumulateur, permet, malgré une section avant plus faible que celle du côté arrière, de déplacer les vérins. La pression motrice côté tige fait augmenter la pression du côté de l'accumulateur, jusqu'à éventuellement atteindre la pression donnée par le limiteur de surpression 18.
    La figure 5 représente le dispositif en position de fin de déverrouillage.
    Le vérin 10 de verrouillage continue sa course, et vient libérer l'outil par rapport au coupleur. La commande hydraulique 19 repérant le contact coupleur/outil est libérée par découplage de l'outil et du coupleur. Le tiroir associé à la commande 7 coupe le circuit d'alimentation du vérin de sécurité 12.
    La figure 6 représente le dispositif en position découplée. L'électrovanne 22 de commande passe en position de repos, avec connexion du retour à la bâche, et la valve de séquence 16 repasse le vérin de verrouillage 10 en position flottante, les deux chambres avant et arrière de ce vérin étant de nouveau en liaison avec l'accumulateur 15. Sous l'effet des sections différentielles, la tige du vérin ressort.
    Il doit être noté que partant de cette position découplée représentée à la figure 6, l'accrochage de l'outil ne demande aucune intervention de l'opérateur sur la fonction hydraulique. L'action de l'outil sur l'extrémité de la tige du vérin comportant le verrou 26, comprime le vérin, l'accumulateur venant absorber la variation de volume. Lorsque l'outil et le coupleur sont en position, le verrou 26 bloque le coupleur par rapport à l'outil et la commande hydraulique 19 vient mettre en place la sécurité 12 et l'on se retrouve dans la position représentée à la figure 3.
    En cas de rupture accidentelle des flexibles entre le porteur et le coupleur, le système continue de fonctionner grâce à l'étanchéité intrinsèque des composants du dispositif. Il n'y a pas de risque de décrochement du coupleur/outil.
    Comme indiqué précédemment, le repérage de la position relative du coupleur et de la commande hydraulique 19 pourrait être différent et constitué par exemple par un capteur inductif couplé à une électrovanne en remplacement de la commande hydraulique directe, ou par indexation magnétique, un aimant déplaçant le tiroir de la commande hydraulique lorsque le coupleur arrive en contact avec l'outil.
    Les surfaces de contact du dispositif de sécurité notamment du coin 13 en bout du vérin 12 sont positionnées de manière à ce qu'un effort sur la came ne transmette pas directement l'effort sur l'actionneur. L'effort est repris directement par la structure et le système est mécaniquement irréversible grâce aux formes des surfaces en contact. Ceci peut être réalisé par un coin, l'interposition d'une goupille ou d'un têton travaillant au cisaillement.
    La figure 7 représente une alternative à l'alimentation des vérins de verrouillage et de sécurité, la chambre avant des deux vérins étant reliée à la bâche hydraulique en position de verrouillage, et à la pression du porteur en position déverrouillée, les autres phase de fonctionnement restant identiques. Les efforts mis en jeu sont ici plus importants que dans les figures précédentes.
    Le deuxième dispositif objet de cette invention, schématisé figure 8, permet de faire passer l'énergie hydraulique du porteur à l'outil, tel qu'un godet à trappe, un godet orientable ou tout autre accessoire nécessitant de l'énergie hydraulique. La connexion des lignes de pression L1 à Ln est réalisée par la juxtaposition du nombre suffisant de modules de connexions 28 qui comportent un connecteur 32 - côté coupleur - et un connecteur 33 - côté outil - de type connu. Le connecteur 33 est monté fixe sur l'outil par l'intermédiaire d'une suspension élastique 34, le connecteur 32 étant monté sur la tige 36 mobile en translation d'un vérin 27.
    Dans la forme d'exécution schématisée à la figure 9 et représentée à la figure10, un actionneur 27 comprend un piston creux 36 à l'intérieur duquel est (sont) fixé(s) le (les) connecteur(s) 32, monté à l'intérieur d'un cylindre 37, délimitant avec celui-ci deux chambres excentrée 38 et 39. L'excentration est obtenue par l'usinage décalé des faces de la chemise et du piston 35 par rapport à l'axe de la tige, et vise à assurer un bon positionnement angulaire des connecteurs 32 par rapport aux connecteurs 33.
    Comme montré à la figure 8, ces chambres sont reliées par des flexibles au dispositif hydraulique selon l'invention, cette liaison pouvant être réalisée soit alternativement et successivement avec un accumulateur 29, ou avec la bâche hydraulique 24. D'un point de vue pratique, les deux parties à connecter sont amenées l'une en face de l'autre au moment de l'accouplement du coupleur et de l'outil, sans que les connecteurs hydrauliques 32, 33 soient en contact. Lorsque le coupleur est en place sur l'outil, la chambre 38 de l'actionneur 27 est reliée à l'accumulateur de fluide sous pression et la chambre 39 est reliée à la bâche 24. La connexion est alors réalisée, et au cours de l'utilisation de l'outil, des sélecteurs hydrauliques 40 dévient la plus grande pression des lignes Li du module considéré vers la chambre arrière 38 du vérin 27, permettant d'exercer constamment un effort de maintien sur l'interface connectée et ne nécessitant aucun système de verrouillage complémentaire.
    Pour réaliser la déconnexion du système, la chambre 39 est alimentée en fluide sous pression, et un clapet 50 situé entre la chambre 38 et l'accumulateur 29 est piloté de façon à réduire dans les lignes Li la pression jusqu'au niveau du limiteur (18,35) l'écartement du connecteur 32 et du connecteur 33 se faisant une fois la pression de la chambre 39 supérieure à celle de la chambre 38. Le débit étant quasiment nul au moment de la déconnexion, la chute de pression dans les lignes Li est instantanée, mais impérative pour assurer la durée des vie des connecteurs 32 et 33. Cette opération est réalisée avant que ne soit déverrouillée la liaison mécanique coupleur/outil.
    Il s'agit d'un système de connexion modulaire permettant d'adapter par empilage des modules de connexions, le nombre nécessaire de lignes hydrauliques. Chaque module est un élément indépendant et peut être conçu de manière à permettre la transmission d'un module à l'autre des informations de pression servant à la commande des actionneurs. Il est possible également de réaliser la connexion d'autres sources d'énergie telles que énergies électrique ou pneumatique, par le remplacement des connecteurs hydrauliques 32 et 33 par leurs équivalents hydrauliques ou pneumatiques.
    Le centrage de la partie outil par rapport à la partie coupleur peut se faire par des formes complémentaires adaptées et laissées à l'initiative de l'homme du métier. Dans la forme d'exécution représentée à la figure 13, les connecteurs 33 côté outil sont montés souples à l'aide d'une suspension 34, sur un corps dont les formes extérieures 61 permettent la fixation d'un module sur l'autre, et dont la partie centrale est constituée d'une pièce cylindrique 60 guidant en partie extérieure la tige du vérin 27 et centrant en partie intérieure les connecteurs 33. Elle s'escamote en service pour permettre la connexion des pièces 32 et 33, tout en assurant leur centrage, et en phase de déconnexion, elle procure une face plane facile à nettoyer.
    En outre, l'orientation générale des modules de connexion peut se faire soit parrallèlement à l'axe de rotation du coupleur par rapport à l'outil, soit perpendiculairement à celui-ci, ou encore dans une autre direction, puisque les connecteurs ne sont mis en place qu'après accouplement du coupleur et de l'outil.
    La figure 11 représente les deux dispositifs précédents, dans lequels les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références que précédemment, comportant de plus un vérin 27 d'actionnement du module de connexion hydraulique désigné par la référence générale 28. Le vérin 27 est alimenté pour réaliser la connexion, à partir de l'accumulateur 15, à travers la commande hydraulique 19 repérant le contact coupleur/outil.
    Dans la forme d'exécution représentée à la figure 12, dans laquelle les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références que précédemment, il est prévu un accumulateur supplémentaire 29, pour l'alimentation du vérin 27, ainsi qu'une ligne d'alimentation de l'accumulateur 29, sur laquelle est monté un limiteur de pression 30 et un limiteur de surpression 31.
    L'invention n'est pas limitée aux seules formes d'exécution du dispositif sécurisé de verrouillage hydraulique, décrites ci-dessus à titre d'exemples, elle en embrasse au contraire toutes les variantes d'exécution demeurant dans le cadre des revendications.

    Claims (11)

    1. Dispositif sécurisé de verrouillage hydraulique pour attache rapide entre le coupleur d'un bras porteur d'un engin et un outil, caractérisé en ce qu'il comprend :
      au moins un vérin hydraulique de verrouillage (10) dont l'extrémité de la tige est munie d'un verrou (26) destiné à coopérer avec l'outil,
      au moins un vérin hydraulique de sécurité (12) dont l'extrémité de la tige est destinée à coopérer avec la tige du vérin de verrouillage ou avec une pièce associée à celle-ci, en position fermée du verrou, pour limiter mécaniquement la course du verrou,
      un accumulateur de pression hydraulique (15) relié au moins aux chambres arrière des vérins de verrouillage (10) et de sécurité (12), et un distributeur à tiroir (19) assurant la mise en communication de l'accumulateur (15) avec la chambre arrière du vérin de sécurité (12) en position verrouillée du dispositif, et coupant cette communication en position déverrouillée,
      un détecteur de position, repérant la position accouplée du coupleur sur l'outil et commandant le distributeur à tiroir (19).
      une électrovanne de commande (22) susceptible d'alimenter à partir de la source de pression hydraulique (23) de l'engin et lors du déverrouillage : les chambres avant des vérins de verrouillage (10) et de sécurité (12), ainsi que l'accumulateur de pression hydraulique (15), et d'assurer la mise à la bâche hydraulique (24) du surplus de pression de la chambre arrière du vérin de verrouillage (10)
    2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pressions et le rapport des sections des deux chambres du vérin de verrouillage (10) et/ou du vérin de sécurité (12) sont établis de manière à obtenir un effort résiduel sur la tige, permettant de rattraper les jeux éventuels du verrou et/ou du dispositif de sécurité et maintenant celui-ci (ceux-ci) en position de fermeture.
    3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les chambres avant des vérins de verrouillage et de sécurité (10) et (12) ont une section déterminée permettant d'obtenir un effort résiduel sur la tige, maintenant le verrou (26), respectivement le dispositif de fermeture, en position de fermeture, lorsque le dispositif est verrouillé, les chambres avant des vérins (10) et (12) étant soit reliées à l'accumulateur par l'intermédiaire de la valve (16) soit reliées directement à la bâche.
    4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une valve de séquence (16) est montée sur le conduit alimentant les chambres avant des vérins (10,12) mettant en communication lesdites chambres avec l'accumulateur (15) lorsque la pression est inférieure à une pression déterminée et mettant ces chambres en communication avec le conduit d'amenée de la pression hydraulique de l'engin au travers de l'électrovanne lorsque la pression dépasse cette valeur déterminée.
    5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'un étranglement (25) est placé sur le conduit disposé entre la valve de séquence (16) et la chambre avant du vérin de verrouillage (10).
    6. Dispositif modulaire de connexion hydraulique (28) pour attache rapide entre le coupleur d'un bras porteur d'un engin et un outil, caractérisé en ce qu'il comprend :
      au moins un vérin hydraulique (27) situé côté coupleur, dont l'extrémité de la tige est liée à au moins un connecteur hydraulique (32) de type connu, destiné à coopérer avec un connecteur hydraulique (33) côté outil, la chambre avant du vérin étant relié à la bâche hydraulique (24),
      un accumulateur de pression hydraulique (29) relié à la chambre arrière (38) du vérin hydraulique (27) et un distributeur à tiroir (19) assurant la mise en communication de l'accumulateur avec la chambre arrière du vérin (27) en position verrouillée du dispositif, et coupant cette communication en position déverrouillée,
      un détecteur de position, repérant la position accouplée du coupleur sur l'outil et commandant le distributeur à tiroir (19), cette détection pouvant être réalisée par un palpeur ou un capteur inductif, par exemple,
      une électrovanne de commande (22) susceptible d'alimenter à partir de la source de pression hydraulique (23) de l'engin et lors du déverrouillage: les chambres avant des vérins (27), ainsi que l'accumulateur de pression hydraulique (15,29), et d'assurer la mise à la bâche hydraulique (24) du surplus de pression de la chambre arrière des vérins (27) des modules de connexion.
    7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un module de sélection (40) disposé entre les différentes lignes de pression (L1, L2..., L4) et les chambres arrières (38) des vérins (27), permettant de réaliser, en cours de fonctionnement de l'appareil, l'alimentation des chambres arrières (38) avec la plus grande des pressions des lignes connectées.
    8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend, sur la ligne d'alimentation de la (ou des) chambre(s) arrière (38) des vérins (27), un clapet (50) piloté à l'ouverture permettant, en phase de déconnexion, de réduire la pression des lignes de pression (L1, L2... L4) et de la chambre arrière du vérin, à celle de l'accumulateur (29) et ainsi de pouvoir déconnecter dans des conditions optimales, et en ce que le vérin hydraulique (27) du module de connexion hydraulique (28) est alimenté en phase de déconnexion côté chambre avant par la pression de la pompe (23) laquelle pilote un clapet (50).
    9. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le vérin (27) comporte d'une part un piston creux (36), supportant au moins un connecteur (32), monté dans un cylindre (37) avec lequel il délimite deux chambres développant un effort au moins égal aux efforts de séparation dus aux connecteurs en service, lesdites chambres (38,39) pouvant être excentrées par rapport l'axe du piston dans le cas de connecteurs multiples, de manière à immobiliser en rotation le piston (36) par rapport au corps (37) et, d'autre part des perçages dans le corps (37) assurant le passage de l'hydraulique de commande d'un module à l'autre sans raccords extérieurs.
    10. Dispositif selon les revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le module de connexion côté outil comporte d'une part des faces de fixation (61) permettant la modularité et d'autre part une pièce cylindrique mobile (60), assurant une surface plane en position déconnectée et s'escamotant en phase de connexion après avoir assuré le centrage de la tige (36) par rapport aux connecteurs (33).
    11. Dispositif selon l'ensemble des revendications 1 et 6, caractérisé en ce que de dispositif de verrouillage sécurisé est couplé ou juxtaposé au dispositif de connexions hydrauliques en une seule entité pour assurer la connexion mécanique et hydraulique d'un outil sur un coupleur.
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