EP2788551B1 - Systeme mecanique comprenant une piece d'usure et un support, et godet comprenant au moins un tel systeme mecanique - Google Patents

Systeme mecanique comprenant une piece d'usure et un support, et godet comprenant au moins un tel systeme mecanique Download PDF

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EP2788551B1
EP2788551B1 EP12808296.3A EP12808296A EP2788551B1 EP 2788551 B1 EP2788551 B1 EP 2788551B1 EP 12808296 A EP12808296 A EP 12808296A EP 2788551 B1 EP2788551 B1 EP 2788551B1
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EP
European Patent Office
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zone
faces
nose
mechanical system
flat faces
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EP12808296.3A
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EP2788551A1 (fr
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Fabrice MARCHAND
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Safe Metal SAS
Original Assignee
Safe Metal SAS
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/28—Small metalwork for digging elements, e.g. teeth scraper bits
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/28—Small metalwork for digging elements, e.g. teeth scraper bits
    • E02F9/2808—Teeth
    • E02F9/2858—Teeth characterised by shape
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/28—Small metalwork for digging elements, e.g. teeth scraper bits
    • E02F9/2808—Teeth
    • E02F9/2816—Mountings therefor
    • E02F9/2825—Mountings therefor using adapters

Definitions

  • the present invention relates to a mechanical system comprising a wear part and a support belonging to equipment of public works machinery.
  • the invention also relates to a bucket of construction machinery comprising at least one such mechanical system.
  • the field of application of the invention is that of equipment of public works machinery, in particular buckets, buckets or other receptacles capable of scraping, removing and moving materials for the purpose of evacuation from a given place to other operating posts using public works machinery.
  • a bucket comprises a driving blade equipped with wear parts provided for their ability to penetrate the material and protection of the other components of the bucket.
  • On the attacking blades are attached adapter-holders having a profiled nose, while the wear parts are teeth or shields which are positioned by fitting on the support-adapter in a precise connection.
  • the link is temporary to allow the replacement of wear parts after wear.
  • the assembly of the mechanical system including a tooth and its support is generally performed, on the one hand, by complementary shapes between the nose of the support and an inner recess of the tooth and, on the other hand, thanks to a connecting device removable type keying.
  • the connecting device is adapted to overcome the striking operations for assembly as for disassembly of the tooth.
  • the manufacturing tolerances impose games to allow the assembly of the tooth on its support, to which are added the games formed by the pressure setting and the wear in service of the contact zones, which leaves a possibility of movement of the tooth on its support. Consequently the horizontal, lateral, oblique or various stresses inherent in the applications and uses of a public works machine cause deteriorations in the tooth-nose relationship, but also on the locking device.
  • the profile of the nose determines the inner profile of the tooth, and therefore the presence and importance of localized weakening areas of this tooth.
  • WO-A-2006 059 043 and WO-A-2004 057 117 describe mechanical systems each comprising a tooth, a support and a locking device.
  • Each support includes a nose fitting of the tooth.
  • the support also comprises ear receiving housings belonging to the tooth.
  • Each housing has an open side and three closed sides, while the corresponding ear comprises three substantially flat faces.
  • the upper and lower faces of the ear are locked against the upper and lower sides of the housing. This configuration effectively prevents the tilting of the tooth relative to the support under the action of a digging force, which represents the main mechanical stress likely to be experienced by the tooth in use.
  • the profile of the nose is satisfactory, but can be improved.
  • the nose has flat surfaces connected by rounded leaves, in a configuration that is not entirely satisfactory in terms of resistance to efforts in service.
  • the tip of the nose has a parallelepiped profile, which creates significant areas of weakness inside the tooth.
  • rounded ears are formed on the support and received in rounded orifices of the tooth, which is not satisfactory when applying a digging force on the tooth.
  • the object of the present invention is to provide an improved mechanical system, having a longer life compared to existing devices.
  • the subject of the invention is a mechanical system as defined in claim 1.
  • the nose has an evolutionary shape, with a progressive transition between the flat faces because of their large number and their relative inclinations.
  • the invention makes it possible to reduce the zones of concentrations of mechanical stresses within the mechanical system, and thus to improve the service life of this system, both of the tooth and of its support.
  • some planar faces are planned to collect forces in service, while other planar faces are planned to reduce the stress concentrations and the mass of the nose.
  • the nose has less material, which allows to have more material on the attachment of the support to the bucket and further improves its life.
  • a less bulky nose makes it possible to make a less bulky tooth in height, which facilitates the penetration of the tooth-support-bucket assembly in the material.
  • the ratio of the mass of the used tooth to the mass of the new tooth is improved compared to existing systems.
  • the invention also relates to a bucket of construction machinery, comprising at least one mechanical system as mentioned above.
  • the bucket generally comprises a series of supports each receiving a tooth, which behaves as a wear part and is secured to its support by a connecting device.
  • FIG. 1 to 9 On the Figures 1 to 9 is represented a mechanical system 1 according to the invention, equipping a bucket G of public works machinery.
  • the mechanical system 1 comprises a wear member 10 of the tooth type, an adapter-holder 20, and a connection device between the tooth 10 and the support 20.
  • the support 20 is integral with the cup G, while the tooth 10 is a wear part intended to be disassembled when it is too worn by the operation of the bucket G.
  • the bucket G is partially shown in FIG. figure 1 , while the connecting device and the housings provided for the positioning of this device through the tooth 10 and the support 20 are not shown.
  • a front side 2 of which the tooth 10 is located is defined, a rear side 3 of which the support 20 is located, an upper side 4 and a lower side 5 oriented respectively. opposite the ground and facing the ground when the system 1 is assembled, and a right side 6 and a left side 7 defined with respect to a rear direction 3 - before 2.
  • the connecting device may comprise a sleeve and a key, adjustable through the tooth 10 and in a housing of the support 20.
  • the device can pivot between, on the one hand, an insertion configuration where the sheath is fitted into the housing of the support 20 while the key has no contact with the tooth 10 and, on the other hand, a locking configuration where the key bears against the tooth 10 while the sheath supports in the housing of the support 20, forming a coupling connection between the tooth 10 and its support 20.
  • the connecting device extends substantially in a vertical direction directed from the top 4 downwards 5, or in a horizontal direction from left 7 to right 6, or Conversely.
  • the tooth 10 comprises an active part 11 situated towards the front 2 and a hollow part 12 oriented towards the rear 3.
  • the active part 11 is intended to scrape and remove materials, for example earth or gravel, while the hollow portion 12 is provided for the fitting of the tooth 10 on the support 20.
  • the portion 12 comprises an inner recess, not visible on the figure 1 , provided with profiled support forms on the support 20, as well as lugs 14 which extend towards the rear 3 of the part 12.
  • the main mechanical stress experienced by the tooth 10 corresponds to a digging force Fc, represented by an arrow directed on the active part 11 at the figure 1 .
  • a distinction is made between the main recess exerted by the top of the tooth 10 and the secondary recess exerted by the underside of the tooth 10, the main recess being generally larger than the secondary recess.
  • the support 20 comprises a base 22, partially shown to Figures 1 to 5 , and a fitting nose 30 adapted to be engaged in the inner recess of the tooth 10 shaped for this purpose.
  • the portion 12 and the nose 30 comprise complementary profiled support shapes, making it possible to form a mechanical connection by fitting to the assembly and in use within the mechanical system 1.
  • the shapes of the nose 30 are detailed below, it being understood that the inner recess of the part 12 has complementary shapes, to the game of manufacture.
  • a housing 24 for receiving the lugs 14 of the tooth 10 is provided on each side 6 and 7 of the base 22, in the extension of the nose 30.
  • Each housing 24 has walls located towards the rear 3, the top 4 and the bottom 5, and is open towards the front 2 in order to receive the rearwardly directed lugs 14 of the tooth 10. On assembly, the lugs 14 are received in contact upwards 4 and downwards 5 in the accommodations 24.
  • the nose 30 extends from the base 22 along a main axis X30, between a proximal end 31 close to the base 22 and a distal end 33 opposite the base 22, with a median portion 32 delimited between them.
  • the proximal end 31 is located towards the rear 3, while the distal end 33 is situated towards the front 2.
  • a proximal or rear direction D31 directed towards the rear 3 and a distal direction or before D33 directed is defined 2.
  • the proximal direction D31 is that of the fitting of the tooth 10 on the support 20 to the mounting of the system 1, while the distal direction D33 is that of the disassembly of the tooth 10.
  • the end of the nose 30 terminates in a flat face 34 perpendicular to the axis X30.
  • This face 34 also called stabilizing plate, is provided to prevent tilting of the tooth 10 relative to the support 20 when the system 1 is in use.
  • the zone 40 is located near the proximal end 31, the zone 60 is located in the middle portion 32, while the zone 80 is located in the vicinity of the distal end 33. In the vicinity means that the zone 40 is closer to the end 31 than to the portion 32 and the end 33, while the zone 80 is closer to the end 33 than the portion 32 and end 31.
  • Each of these areas 40, 60 and 80 has faces shaped so as, firstly, withstand the mechanical stresses exerted by the tooth 10 on the nose 30 and, secondly, to limit the concentration of stresses in areas of localized weakening.
  • the zone 40 is connected to the base 22 by fillets 35.
  • the zone 40 is connected to the zone 60 by a transition zone 36, while the zone 60 is connected to the zone 80 by leaves 37.
  • the zone 80 is connected to the face 34 by leaves 38.
  • the leaves 35 and 37 are concave, while the leaves 38 are convex.
  • the main axis X30 is an axis of symmetry of the nose 30.
  • a vertical plane PV extending between the top 4 and the bottom 5 is defined, passing through the main axis X30, as well as a horizontal plane PH s'. extending between the line 6 and the left 7 through the main axis X30.
  • the planes PV and PH are two planes of symmetry of the nose 30, but also of the housings 24.
  • each of the zones 40, 60 and 80 of the nose 30 comprises eight faces two by two opposite, in symmetry with respect to the main axis X30. More specifically, each zone 40, 60 and 80 comprises an upper face 41, 61 or 81, an upper right face 42, 62 or 82, a right face 43, 63 or 83, a right lower face 44, 64 or 84, a lower face 45, 65 or 85, a lower left face 46, 66 or 86, a left face 47, 67 or 87 and a left upper face 48, 68 or 88.
  • each zone 40, 60 and 80 the nose 30 can therefore be globally described as octagonal: considering various cross-sections to the axis X30 in these zones 40, 60 and 80, as shown in FIGS. Figures 6 to 8 , the nose 30 in section has eight main sides connected by holidays.
  • the faces 41 to 48 are opposed in pairs relative to the axis X30: 41 and 45, 42 and 46, 43 and 47, 44 and 48.
  • the faces 41-48 are flat and connected between they leave 49 convex.
  • the faces 41-48 approach the axis X30 in the distal direction D33 and move away from the axis X30 in the proximal direction D31.
  • the faces 41 and 45 are each inclined at an angle ⁇ 1 of 13 ° with respect to the axis X30 and the horizontal plane PH.
  • the faces 42, 44, 46 and 48 are each inclined at an angle ⁇ 2 of 13 ° with respect to the axis X30.
  • the faces 43 and 47 are each inclined at an angle ⁇ 3 of 2 ° with respect to the axis X30 and the vertical plane PV.
  • the angles ⁇ 1, ⁇ 2 and ⁇ 3 can be respectively between 10 ° and 20 °, 12.5 ° and 17.5 °, 0 ° and 5 ° inclusive.
  • the faces 61 to 68 are opposed in pairs relative to the axis X30: 61 and 65, 62 and 66, 63 and 67, 64 and 68.
  • the faces 61-68 are interconnected by substantially convex fillets 69.
  • the faces 61-68 approach the axis X30 in the distal direction D33 and move away from the axis X30 in the proximal direction D31.
  • the faces 61, 63, 65 and 67 are flat, while the faces 62, 64, 66 and 68 are left, more precisely twisted. In other words, the inclination of each of the faces 62, 64, 66 and 68 relative to the planes PV and PH varies along the axis X30.
  • the faces 61 and 65 are each inclined at an angle ⁇ 1 of 16 ° with respect to the axis X30 and the horizontal plane PH.
  • an average plane of this face is defined, the mean plane delimiting the same volume between the face and itself on each of its sides.
  • the mean planes of the faces 62, 64, 66 and 68 are each inclined at an angle ⁇ 2 of 20 ° with respect to the axis X30.
  • the faces 63 and 67 are each inclined at an angle ⁇ 3 of 20 ° with respect to the axis X30 and the vertical plane PV.
  • the angles ⁇ 1, ⁇ 2 and ⁇ 3 can be respectively between 15 ° and 20 °, 15 ° and 25 °, 15 ° and 25 ° inclusive.
  • the flat faces 61 and 65 have the same inclination with respect to the plane PH and the axis X30 as the planar faces 41 and 45 which are in their extension in the proximal direction D31.
  • These faces 61 and 65 are those which have, among all the flat faces of the nose 30, each the largest bearing surface between the nose 30 and the tooth 10.
  • These faces 61 and 65 may be described as primary faces of the zone 60 and are able to withstand mechanical stresses applied to the nose 30 when the digging force Fc is applied to the tooth 10.
  • the faces 62, 63, 64, 66, 67 and 68 can be qualified as secondary faces of the zone 60 because they are not designed to withstand mechanical stresses on the nose 30 under the action of the digging force Fc. Due to a clearance between the nose 30 and the tooth 10 which is more important at the contact interface defined by the secondary faces than at the interface of contact defined by the primary faces, the secondary faces are not initially intended to bear against the inner recess of the hollow portion 12 of the tooth 10.
  • the faces 81 to 88 are opposed in pairs relative to the axis X30: 81 and 85, 82 and 86, 83 and 87, 84 and 88.
  • the faces 81-88 are flat and connected between they by leaves 89 substantially convex.
  • the faces 81-88 approach the axis X30 in the direction D33 and move away from the axis X30 in the direction D31.
  • the faces 81 and 85 are each inclined at an angle ⁇ 1 of 2 ° with respect to the axis X30 and the horizontal plane PH.
  • the faces 82, 84, 86 and 88 are each inclined at an angle ⁇ 2 of 5 ° with respect to the central axis X30.
  • the faces 83 and 87 are each inclined at an angle ⁇ 3 of 2 ° with respect to the axis X30 and the vertical plane PV.
  • Each flat face 81-88 of the second zone 80 is less inclined with respect to the main axis X30 than the flat face 41-48 of the first zone 40 which is in its extension in the proximal direction D31.
  • the angles ⁇ 1, ⁇ 2 and ⁇ 3 can be respectively between 0 ° and 5 ° inclusive.
  • the faces 41, 45, 81 and 85 can be called primary faces, able to withstand mechanical stresses applied to the nose 30 when the digging force Fc is applied to the tooth 10.
  • the faces 62, 64, 66 and 68 the faces 42, 44, 46, 48, 82, 84, 86 and 88 may be referred to as secondary faces, since they are not designed to withstand mechanical stresses applied to the nose 30 below. action of the digging force Fc.
  • the faces 43, 47, 83 and 87 are provided to withstand mechanical stresses on the nose 30 when a lateral force is applied to the tooth 10.
  • the secondary faces of the different zones 40, 60 and 80 make it possible to reduce the stress concentrations within the system 1, while minimizing the overall mass of the nose 30, because of their arrangement and their particular geometry.
  • the support 20 and the nose 30 are full, while the tooth 10 is hollow in its portion 12.
  • the nose 30 has less material, which allows to have more material on the attachment of the support 20 to the bucket G and further improves its life.
  • a less bulky nose 30 makes it possible to make a less bulky tooth in height, which facilitates the penetration of the tooth-support-bucket assembly into the material.
  • a smaller nose 30 allows more material in the tooth 10, at its inner recess. Therefore, the strength of the tooth 10 is improved, as is the ratio of the weight of the worn tooth to the mass of the new tooth.
  • the nose 30 has a set of sections 50, 70 and 90, defined in planes perpendicular to the main axis X30.
  • These sections 50, 70, 90 evolve in the proximal direction D31 by delimiting increasing or constant areas, in particular by delimiting no decreasing area.
  • the areas considered are in fact those delimited by the envelope of the transverse sections 50, 70 and 90, it being understood that the zone 40 is likely to be traversed by the receiving housing of the connecting device, which are not represented in a purpose of simplification.
  • the housing is provided transversely to the axis X30, preferably in the horizontal plane PH or the vertical plane PV, depending on the configuration of the mechanical system 1.
  • the sections 50 comprising this housing have reduced areas in comparison with the sections 50 however, the areas of the transverse section envelopes 50, 70 and 90 actually evolve in an increasing or constant manner in the proximal direction D31. Apart from the compulsory presence of this housing in the nose 30, decreasing sections in the direction D31 are to be avoided, since they would materialize the presence of a zone of localized weakening of the nose 30.
  • the sections 50 constitute a first type of sections defined in the zone 40
  • the sections 90 constitute a second type of sections defined in the zone 80
  • the sections 70 constitute a third type of sections defined in the zone 60.
  • a growth rate of the area of the sections, respectively 50, 70 and 90 is defined per unit length along axis X30 in the proximal direction D31.
  • the growth rate per unit length of each type of sections 50, 70 or 90 depends on the inclination of the faces in the corresponding zone, in other words depends on the angles ⁇ 1, ⁇ 2 and ⁇ 3 for the sections 50, angles ⁇ 1, ⁇ 2 and ⁇ 3 for the sections 70 and angles ⁇ 1, ⁇ 2 and ⁇ 3 for the sections 90.
  • the growth rate of the areas delimited by the sections 70 is greater than the growth rate of the areas delimited by the sections 50, which is greater than the rate of growth. growth of the areas delimited by the sections 90, in the proximal direction D31.
  • angles ⁇ 1 and ⁇ 1 are defined in the vertical plane PV.
  • Each angle ⁇ 1 is defined, at the surface of the nose 30, between the faces of the zones 40 and 60 which are in the plane PV on the same side of the axis X30, that is to say between the faces 41 and 61 or between the faces 45 and 65.
  • Each angle ⁇ 1 is defined, at the surface of the nose 30, between the faces of the zones 60 and 80 which are in the plane PV on the same side of the axis X30, that is to say between the faces 61 and 81 or between the faces 65 and 85.
  • the angle ⁇ 1 is between 180 ° and 200 °, in this case equal to 180 ° in the figures, while the angle ⁇ 1 is between 160 and 180 °, in this case equal to 160 ° in the figures.
  • a set of planes PI which comprise the main axis X30, which are inclined with respect to the planes PV and PH and which cut the inclined faces 42, 44, 46, 48, 62, 64, 66, 68, 82 , 84, 86 and 88.
  • the PI plan shown to figures 4 and 9 cut the faces 42, 62 and 82 of the upper right side of the X30 axis and cut the opposite faces 46, 66 and 86 on the lower left side of the X30 axis.
  • angles ⁇ 2 and ⁇ 2 for a given PI plane.
  • Each angle ⁇ 2 is defined, on the surface of the nose 30, between an inclined face of the zone 40 and an inclined face of the zone 60 which lie in the same plane PI and on the same side of the axis X 30, for example between the face 42 and the face 62.
  • Each angle ⁇ 2 is defined, at the surface of the nose 30, between an inclined face of the zone 60 and an inclined face of the zone 80 which are in the same plane PI and on the same side of the axis X30, for example between the face 62 and the face 82. Note that the angles ⁇ 2 and ⁇ 2 are variable depending on the PI plane chosen, especially because of the twisted shape of the faces 62, 64, 66 and 68.
  • the plane PI may be chosen to be perpendicular to the mean plane, defined above, of the twisted faces.
  • the angle ⁇ 2 is between 180 ° and 200 °, preferably equal to 190 °, while the angle ⁇ 2 is between 160 ° and 180 °, preferably equal to 170 °.
  • the angles ⁇ 2 and ⁇ 2 are equal to 190 ° and 170 °, respectively.
  • angles ⁇ 3 and ⁇ 3 in the horizontal plane PH.
  • Each angle ⁇ 3 is defined, at the surface of the nose 30, between the faces of the zones 40 and 60 which are in the plane PH on the same side of the axis X30, that is to say between the faces 43 and 63 or between the faces 47 and 67.
  • Each angle ⁇ 3 is defined, at the surface of the nose 30, between the faces of the zones 60 and 80 which are in the plane PH on the same side of the axis X30, that is to say between the faces 63 and 83 or between the faces 67 and 87.
  • the angle ⁇ 3 is between 180 ° and 200 °, in this case equal to 200 ° in the figures, while the angle ⁇ 3 is between 160 and 180 °, in this case equal to 160 ° in the figures.
  • the adjacent flat faces of the same zone 40, 60 or 80 are inclined relative to each other by at most 60 °, in planes perpendicular to the axis X30, without defining a recess entering the nose 30.
  • the large surface area of the planar faces allows a good distribution of the forces at the interface between the nose 30 and the tooth 10.
  • the size of the leaves or transition zones 35, 36, 37, 38, 49, 69 and 89 connecting the planar faces is reduced to the maximum.
  • the application of the recessing force FC tends to tilt the tooth 10 on its support-adapter 20. Due to the wedging of the ears 14 in the housing 24, and the presence of the stabilization plate formed by the face 34, a critical tilting of the tooth 10 can be avoided. With the wear of the mechanical system 1, the contact interfaces located between the lugs 14 and the housing 24 and between the distal end 33 of the nose 30 and the portion 12 of the tooth 10 are no longer predominant. In particular, the wall of the inner recess of the tooth 10 is likely to press very strongly on the lower part of the nose 30 under the action of the force Fc.
  • the portions 12 are likely to crack, tear or burst, making the tooth 10 out of use. Under these conditions, it is particularly advantageous to reduce the stress concentrations and thus increase the resistance of the tooth 10 to bursting.
  • the number of simultaneous contact interfaces is a function, on the one hand, of the direction of the force exerted on the tooth 10 and, on the other hand, of the wear of the tooth 10 and / or the support 20.
  • the contact interfaces are generally solicited in an order ranging from the first contact interface to the fifth contact interface.
  • the constituent elements of the system 1 can be shaped differently without departing from the scope of the invention.
  • the nose 30 may be shaped according to different variants detailed below.
  • the inner recess of the tooth 10 is shaped according to the geometry of the nose 30.
  • the nose 30 has only one plane of symmetry among the vertical plane PV or the horizontal plane PH, this plane of symmetry including the main axis X30.
  • the areas 40, 60 and 80 or some of these areas of the nose 30 may have a generally hexagonal transverse profile.
  • the sectional nose 30 has six main sides connected by rounded loops.
  • the nose 30 may have a transverse profile at least partly decagonal, dodecagonal, etc ...
  • at least some of the zones 40, 60 and 80 may have a number of flat faces two by two opposites which is even and greater than six.
  • the nose 30 has by intermediate zone 60, but only areas 40 and 80 each having at least six planar faces.
  • the median zone 60 of the nose 30 comprises two flat faces 61 and 65 perpendicular to the vertical plane PV, preferably two plane faces 63 and 67 perpendicular to the horizontal plane PH, and at least four faces 62, 64, 66 , 68 oriented otherwise than at right angles to both the vertical plane PV and the horizontal plane PH.
  • the number of planar faces of the zone 40 is greater than or equal to the number of flat or twisted faces of the zone 60, which is greater than or equal to the number of flat faces of the zone 80, which is greater than or equal to six .
  • the zone 40 and / or the zone 80 are parallel in pairs, on either side of the axis X30.
  • the faces 43 and 47 may be parallel to each other and to the plane PV.
  • the zone 80 may comprise six faces among which the upper face 81 facing upwards 4 and the bottom face 85 facing downwards 5 are parallel.
  • the zone 80 comprises at least six or eight flat faces two by two parallel.
  • connecting device between the tooth 10 and the support 20 may be of any type suitable for the present application.
  • the tooth 10 and the support 20 are shaped to absorb stresses of all kinds and all directions, while reducing the areas of localized weakening and wear phenomena.

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Description

  • La présente invention concerne un système mécanique comprenant une pièce d'usure et un support appartenant à un équipement d'engin de travaux publics. L'invention concerne également un godet d'engin de travaux publics comprenant au moins un tel système mécanique.
  • Le domaine d'application de l'invention est celui des équipements d'engins de travaux publics, en particulier les godets, bennes ou autres réceptacles susceptibles de venir racler, prélever et déplacer des matériaux en vue de leur évacuation d'un lieu donné vers d'autres postes opératoires à l'aide d'engins de travaux publics.
  • De manière connue, un godet comporte une lame d'attaque équipée de pièces d'usure prévues pour leur capacité de pénétration du matériau et de protection des autres éléments constitutifs du godet. Sur les lames d'attaque sont fixés des supports-adapteurs disposant d'un nez profilé, tandis que les pièces d'usure sont des dents ou des boucliers qui viennent se positionner par emmanchement sur le support-adapteur selon une liaison précise. La liaison est temporaire pour autoriser le remplacement des pièces d'usure après usure. L'assemblage du système mécanique incluant une dent et son support est généralement réalisé, d'une part, par complémentarité de formes entre le nez du support et un évidement intérieur de la dent et, d'autre part, grâce à un dispositif de liaison amovible du type clavetage. Afin de satisfaire aux exigences de sécurité en vigueur, le dispositif de liaison est adapté pour s'affranchir des opérations de frappe pour le montage comme pour le démontage de la dent.
  • En pratique, les tolérances de fabrication imposent des jeux pour permettre l'assemblage de la dent sur son support, auxquels s'ajoutent les jeux formés par le matage de pression ainsi que l'usure en service des zones de contact, ce qui laisse une possibilité de mouvement de la dent sur son support. Par conséquent les sollicitations horizontales, latérales, obliques ou diverses, inhérentes aux applications et utilisations d'un engin de travaux publics entraînent des détériorations dans la relation dent-nez, mais aussi sur le dispositif de clavetage. En outre, le profil du nez détermine le profil intérieur de la dent, et donc la présence et l'importance de zones d'affaiblissement localisé de cette dent.
  • WO-A-2006 059 043 et WO-A-2004 057 117 décrivent des systèmes mécaniques comprenant chacun une dent, un support et un dispositif de clavetage. Chaque support comprend un nez d'emmanchement de la dent.
  • Dans WO-A-2006 059 043 , correspondant au préambule de la revendication 1, le support comprend également des logements de réception d'oreilles appartenant à la dent. Chaque logement comporte un côté ouvert et trois côtés fermés, tandis que l'oreille correspondante comprend trois faces sensiblement planes. En pratique, les faces supérieure et inférieure de l'oreille viennent se bloquer contre les côtés supérieur et inférieur du logement. Cette configuration empêche efficacement le basculement de la dent par rapport au support sous l'action d'une force de cavage, qui représente la principale contrainte mécanique susceptible d'être subie par la dent en service. Le profil du nez est satisfaisant, mais peut être amélioré.
  • Dans WO-A-2004 057 117 , le nez comporte des surfaces planes reliées par des congés arrondis, selon une configuration qui n'est pas entièrement satisfaisante en termes de résistance aux efforts en service. En particulier le bout du nez présente un profil parallélépipédique, ce qui crée d'importantes zones d'affaiblissement à l'intérieur de la dent. Par ailleurs, des oreilles arrondies sont ménagées sur le support et reçues dans des orifices arrondis de la dent, ce qui n'est pas satisfaisant lors d'une l'application d'une force de cavage sur la dent.
  • Le but de la présente invention est de proposer un système mécanique amélioré, présentant une durée de vie accrue par rapport aux dispositifs existants.
  • A cet effet, l'invention a pour objet un système mécanique tel que défini à la revendication 1.
  • Ainsi, le nez présente une forme évolutive, avec une transition progressive entre les faces planes du fait de leur nombre important et de leurs inclinaisons relatives. L'invention permet de réduire les zones de concentrations de contraintes mécaniques au sein du système mécanique, et donc d'améliorer la durée de vie de ce système, tant de la dent que de son support. Dans chaque zone, certaines faces planes sont prévues pour encaisser les efforts en service, tandis que d'autres faces planes sont prévues pour réduire les concentrations de contraintes et la masse du nez. Pour une masse équivalente du support, le nez comporte moins de matière, ce qui permet d'avoir plus de matière sur l'attache du support au godet et améliore encore sa durée de vie. Egalement, un nez moins volumineux permet de réaliser une dent moins volumineuse en hauteur, ce qui facilite la pénétration de l'ensemble dent-support-godet dans le matériau. Enfin, le rapport de la masse de la dent usée sur la masse de la dent neuve est amélioré par rapport aux systèmes existants.
  • Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention, prises isolément ou en combinaison:
    • La première zone du nez comporte au moins huit faces planes deux à deux opposées, au moins certaines des faces planes opposées étant de préférence parallèles entre elles.
    • La deuxième zone du nez comprend au moins six faces planes deux à deux parallèles, de préférence au moins huit faces planes deux à deux parallèles.
    • Le nez comporte une troisième zone intermédiaire entre la première zone et la deuxième zone du nez le long de l'axe principal, la troisième zone comprenant au moins six faces deux à deux opposées délimitant des sections d'un troisième type dans des plans perpendiculaires à l'axe principal, de préférence au moins quatre faces planes et quatre faces gauches deux à deux opposées, les aires délimitées par les sections du troisième type ayant, suivant la direction proximale, un taux de croissance supérieur au taux de croissance des aires délimitées par les sections du premier type et au taux de croissance des aires délimitées par les sections du deuxième type.
    • Les faces planes de la première zone, de la deuxième zone et de la troisième zone qui sont situées, d'une part, dans un même plan comprenant l'axe principal et, d'autre part, du même côté de l'axe principal, sont inclinées les unes par rapport aux autres selon des angles obtus compris entre 160 et 200 degrés.
    • Les faces planes de la troisième zone comprennent, d'une part, des faces primaires présentant la même inclinaison par rapport à l'axe principal que les faces planes de la première zone qui sont dans leur prolongement suivant la direction proximale, ces faces primaires étant aptes à supporter des contraintes mécaniques exercées sur le nez lorsqu'une force de cavage est appliquée sur la pièce d'usure et, d'autre part, des faces secondaires globalement plus inclinées par rapport à l'axe principal que les faces planes de la première zone qui sont dans leur prolongement suivant la direction proximale.
    • La troisième zone du nez comprend deux faces planes perpendiculaires à un plan vertical, de préférence deux faces planes perpendiculaires à un plan horizontal, et au moins quatre faces orientées autrement qu'à angle droit à la fois par rapport au plan vertical et par rapport au plan horizontal.
    • Lorsqu'une force est appliquée sur la pièce d'usure, le support et la pièce d'usure comprennent au moins une interface de contact parmi : une première interface de contact située entre chaque oreille et le logement de réception de cette oreille, une deuxième interface de contact située entre la pièce d'usure et les faces planes de la deuxième zone qui s'étendent sensiblement perpendiculairement à la force, une troisième interface de contact située entre la pièce d'usure et les faces planes de la première zone qui s'étendent dans le prolongement de la deuxième interface de contact suivant la direction proximale, le cas échéant une quatrième interface de contact située entre la pièce d'usure et les faces planes de la troisième zone qui s'étendent dans le prolongement de la deuxième interface de contact suivant la direction proximale, et une cinquième interface de contact située entre la pièce d'usure et une face plane qui est perpendiculaire à l'axe principal et agencée à l'extrémité distale du nez, le nombre d'interfaces de contact simultanées en service étant fonction, d'une part, de la direction de la force et, d'autre part, de l'usure de la pièce d'usure et/ou du support.
    • Le nez présente au moins un plan de symétrie incluant l'axe principal, notamment un plan vertical et/ou un plan horizontal, l'axe principal étant de préférence un axe de symétrie du nez.
  • L'invention a également pour objet un godet d'engin de travaux publics, comprenant au moins un système mécanique tel que mentionné ci-dessus. En pratique, le godet comprend généralement une série de supports recevant chacun une dent, qui se comporte comme une pièce d'usure et est solidarisée à son support par un dispositif de liaison.
  • En alternative, d'autres équipements d'engin de travaux publics peuvent également être équipés du système mécanique selon l'invention.
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
    • la figure 1 est une vue en perspective assemblée d'un système mécanique conforme à l'invention, comprenant une pièce d'usure montée sur un support solidaire d'un godet partiellement représenté, tandis que le dispositif de liaison entre la pièce d'usure et le support n'est pas représenté ;
    • la figure 2 est une vue en perspective désassemblée du système mécanique de la figure 1, comprenant le support et la pièce d'usure ;
    • les figures 3 à 5 sont des vues en élévation du support, respectivement selon les flèches III, IV et V à la figure 2 ;
    • les figures 6, 7 et 8 sont des sections du support, respectivement selon les lignes VI-VI, VII-VII et VIII-VIII à la figure 5 ; et
    • la figure 9 est une section du support selon la ligne IX-IX à la figure 4.
  • Sur les figures 1 à 9 est représenté un système mécanique 1 conforme à l'invention, équipant un godet G d'engin de travaux publics.
  • Le système mécanique 1 comprend une pièce d'usure 10 du type dent, un adapteur-support 20, ainsi qu'un dispositif de liaison entre la dent 10 et le support 20. Le support 20 est solidaire du godet G, tandis que la dent 10 est une pièce d'usure destinée à être démontée lorsqu'elle est trop usée par le fonctionnement du godet G. Dans un but de simplification, le godet G est partiellement représenté à la figure 1, tandis que le dispositif de liaison et les logements prévus pour le positionnement de ce dispositif à travers la dent 10 et le support 20 ne sont pas représentés.
  • Pour faciliter le repérage des différentes parties du système 1 dans l'espace, on définit un côté avant 2 duquel est située la dent 10, un côté arrière 3 duquel est situé le support 20, un côté supérieur 4 et un côté inférieur 5 orientés respectivement à l'opposé du sol et face au sol lorsque le système 1 est assemblé, ainsi qu'un côté droit 6 et un côté gauche 7 définis par rapport à une direction arrière 3 - avant 2.
  • A titre d'exemple non limitatif, le dispositif de liaison peut comprendre un fourreau et une clavette, ajustables à travers la dent 10 et dans un logement du support 20. Le dispositif peut pivoter entre, d'une part, une configuration d'insertion où le fourreau est ajusté dans le logement du support 20 tandis que la clavette n'a aucun contact avec la dent 10 et, d'autre part, une configuration de verrouillage où la clavette appuie contre la dent 10 tandis que le fourreau appuie dans le logement du support 20, formant alors une liaison d'accouplement entre la dent 10 et son support 20. De préférence, le dispositif de liaison s'étend sensiblement suivant une direction verticale dirigée du haut 4 vers le bas 5, ou suivant une direction horizontale de gauche 7 à droite 6, ou inversement.
  • La dent 10 comprend une partie active 11 située vers l'avant 2 et une partie creuse 12 orientée vers l'arrière 3. De manière connue en soi, la partie active 11 est prévue pour racler et prélever des matériaux, par exemple de la terre ou des graviers, tandis que la partie creuse 12 est prévue pour l'emmanchement de la dent 10 sur le support 20. Plus précisément, la partie 12 comprend un évidement intérieur, non visible sur la figure 1, muni de formes profilées d'appui sur le support 20, ainsi que des oreilles 14 qui s'étendent vers l'arrière 3 de la partie 12. Lorsque le système mécanique 1 est en service, la principale contrainte mécanique subie par la dent 10 correspond à une force de cavage Fc, représentée par une flèche dirigée sur la partie active 11 à la figure 1. On distingue le cavage principal exercé par le dessus de la dent 10 et le cavage secondaire exercé par le dessous de la dent 10, le cavage principal étant globalement plus important que le cavage secondaire.
  • Le support 20 comprend une base 22, partiellement représentée aux figures 1 à 5, ainsi qu'un nez d'emmanchement 30 prévu pour être engagé dans l'évidement intérieur de la dent 10 conformée à cet effet. La partie 12 et le nez 30 comprennent des formes profilées complémentaires d'appui, permettant de former une liaison mécanique par emmanchement au montage et en service au sein du système mécanique 1. Les formes du nez 30 sont détaillées ci-après, étant entendu que l'évidement intérieur de la partie 12 comporte des formes complémentaires, au jeu de fabrication près. En outre, un logement 24 de réception des oreilles 14 de la dent 10 est ménagé de chaque côté 6 et 7 de la base 22, dans le prolongement du nez 30. Chaque logement 24 comporte des parois situées vers l'arrière 3, le haut 4 et le bas 5, et est ouvert vers l'avant 2 afin de recevoir les oreilles 14 orientées vers l'arrière 3 de la dent 10. Au montage, les oreilles 14 sont reçues en contact vers le haut 4 et le bas 5 dans les logements 24.
  • Le nez 30 s'étend depuis la base 22 suivant un axe principal X30, entre une extrémité proximale 31 proche de la base 22 et une extrémité distale 33 opposée à la base 22, avec une partie médiane 32 délimitée entre elles. L'extrémité proximale 31 est située vers l'arrière 3, tandis que l'extrémité distale 33 est située vers l'avant 2. On définit une direction proximale ou arrière D31 dirigée vers l'arrière 3 et une direction distale ou avant D33 dirigée vers l'avant 2. La direction proximale D31 est celle de l'emmanchement de la dent 10 sur le support 20 au montage du système 1, tandis que la direction distale D33 est celle du démontage de la dent 10.
  • Au niveau de l'extrémité distale 33, le bout du nez 30 se termine par une face plane 34 perpendiculaire à l'axe X30. Cette face 34, également appelée plat de stabilisation, est prévue pour empêcher le basculement de la dent 10 par rapport au support 20 lorsque le système 1 est en service.
  • Sur le nez 30 sont délimitées des zones distinctes 40, 60 et 80. La zone 40 est située au voisinage de l'extrémité proximale 31, la zone 60 est située dans la partie médiane 32, tandis que la zone 80 est située au voisinage de l'extrémité distale 33. Au voisinage signifie que la zone 40 est plus rapprochée de l'extrémité 31 que de la partie 32 et de l'extrémité 33, tandis que la zone 80 est plus rapprochée de l'extrémité 33 que de la partie 32 et de l'extrémité 31. Chacune de ces zones 40, 60 et 80 comporte des faces conformées de manière à, d'une part, supporter les contraintes mécaniques exercées par la dent 10 sur le nez 30 et, d'autre part, limiter les concentration de contraintes dans des zones d'affaiblissement localisé. Au niveau de l'extrémité proximale 31, la zone 40 est raccordée à la base 22 par des congés 35. Dans la partie médiane 32, la zone 40 est raccordée à la zone 60 par une zone de transition 36, tandis que la zone 60 est raccordée à la zone 80 par des congés 37. Au niveau de l'extrémité distale 33, la zone 80 est raccordée à la face 34 par des congés 38. Les congés 35 et 37 sont concaves, tandis que les congés 38 sont convexes.
  • Comme montré aux figures 2 à 9, l'axe principal X30 est un axe de symétrie du nez 30. On définit un plan vertical PV s'étendant entre le haut 4 et le bas 5 en passant par l'axe principal X30, ainsi qu'un plan horizontal PH s'étendant entre la droite 6 et la gauche 7 en passant par l'axe principal X30. Les plans PV et PH sont deux plans de symétrie du nez 30, mais également des logements 24. Ces symétries permettent de faciliter la fabrication du support 20, mais surtout d'optimiser la répartition des efforts exercés par la dent 10 sur le nez 30 et dans les logements 24, quelle que soit la direction des sollicitations sur le système mécanique 1.
  • Sur l'exemple préféré mais non limitatif des figures, chacune des zones 40, 60 et 80 du nez 30 comprend huit faces deux à deux opposées, en symétrie par rapport à l'axe principal X30. Plus précisément, chaque zone 40, 60 et 80 comprend une face supérieure 41, 61 ou 81, une face supérieure droite 42, 62 ou 82, une face droite 43, 63 ou 83, une face inférieure droite 44, 64 ou 84, une face inférieure 45, 65 ou 85, une face inférieure gauche 46, 66 ou 86, une face gauche 47, 67 ou 87, ainsi qu'une face supérieure gauche 48, 68 ou 88. Le profil de chaque zone 40, 60 et 80 du nez 30 peut donc globalement être qualifié d'octogonal : en considérant différentes sections transverses à l'axe X30 dans ces zones 40, 60 et 80, comme représenté aux figures 6 à 8, le nez 30 en section comporte huit côtés principaux reliés par des congés.
  • Dans la zone proximale 40, les faces 41 à 48 sont opposées deux à deux par rapport à l'axe X30 : 41 et 45, 42 et 46, 43 et 47, 44 et 48. Les faces 41-48 sont planes et reliées entre elles par des congés 49 convexes. Les faces 41-48 se rapprochent de l'axe X30 suivant la direction distale D33 et s'éloignent de l'axe X30 suivant la direction proximale D31. Les faces 41 et 45 sont inclinées chacune d'un angle γ1 de 13° par rapport à l'axe X30 et au plan horizontal PH. Les faces 42, 44, 46 et 48 sont inclinées chacune d'un angle γ2 de 13° par rapport à l'axe X30. Les faces 43 et 47 sont inclinées chacune d'un angle γ3 de 2° par rapport à l'axe X30 et au plan vertical PV. En pratique, les angles γ1, γ2 et γ3 peuvent être respectivement compris entre 10° et 20°, 12,5° et 17,5°, 0° et 5° inclus.
  • Dans la zone médiane 60, les faces 61 à 68 sont opposées deux à deux par rapport à l'axe X30 : 61 et 65, 62 et 66, 63 et 67, 64 et 68. Les faces 61-68 sont reliées entre elles par des congés 69 sensiblement convexes. Les faces 61-68 se rapprochent de l'axe X30 suivant la direction distale D33 et s'éloignent de l'axe X30 suivant la direction proximale D31. Les faces 61, 63, 65 et 67 sont planes, tandis que les faces 62, 64, 66 et 68 sont gauches, plus précisément vrillées. Autrement dit, l'inclinaison de chacune des faces 62, 64, 66 et 68 par rapport aux plans PV et PH varie le long de l'axe X30. Les faces 61 et 65 sont inclinées chacune d'un angle δ1 de 16° par rapport à l'axe X30 et au plan horizontal PH. On définit pour chaque face 62, 64, 66 et 68 un plan moyen de cette face, le plan moyen délimitant le même volume entre la face et lui-même sur chacun de ses côtés. Sur l'exemple non limitatif des figures, les plans moyens des faces 62, 64, 66 et 68 sont chacun inclinée d'un angle δ2 de 20° par rapport à l'axe X30. Les faces 63 et 67 sont inclinées chacune d'un angle δ3 de 20° par rapport à l'axe X30 et au plan vertical PV. En pratique, les angles δ1, δ2 et δ3 peuvent être respectivement compris entre 15° et 20°, 15° et 25°, 15° et 25° inclus.
  • A ce stade, on remarque que les faces planes 61 et 65 présentent la même inclinaison par rapport au plan PH et à l'axe X30 que les faces planes 41 et 45 qui sont dans leur prolongement suivant la direction proximale D31. Ces faces 61 et 65 sont celles qui présentent, parmi toutes les faces planes du nez 30, chacune la plus grande surface d'appui entre le nez 30 et la dent 10. Ces faces 61 et 65 peuvent être qualifiées de faces primaires de la zone 60 et sont aptes à supporter des contraintes mécaniques appliquées sur le nez 30 lorsque la force de cavage Fc est appliquée sur la dent 10. Les faces 62, 63, 64, 66, 67 et 68 peuvent être qualifiées de faces secondaires de la zone 60, car elles ne sont pas prévues pour supporter des contraintes mécaniques exercées sur le nez 30 sous l'action de la force de cavage Fc. Du fait d'un jeu entre le nez 30 et la dent 10 qui est plus important à l'interface de contact défini par les faces secondaires qu'à l'interface de contact défini par les faces primaires, les faces secondaires ne sont pas initialement prévues pour venir en appui contre l'évidement intérieur de la partie creuse 12 de la dent 10.
  • Dans la zone distale 80, les faces 81 à 88 sont opposées deux à deux par rapport à l'axe X30 : 81 et 85, 82 et 86, 83 et 87, 84 et 88. Les faces 81-88 sont planes et reliées entre elles par des congés 89 sensiblement convexes. Les faces 81-88 se rapprochent de l'axe X30 suivant la direction D33 et s'éloignent de l'axe X30 suivant la direction D31. Les faces 81 et 85 sont inclinées chacune d'un angle σ1 de 2° par rapport à l'axe X30 et au plan horizontal PH. Les faces 82, 84, 86 et 88 sont inclinées chacune d'un angle σ2 de 5° par rapport à l'axe central X30. Les faces 83 et 87 sont inclinées chacune d'un angle σ3 de 2° par rapport à l'axe X30 et au plan vertical PV. Chaque face plane 81-88 de la deuxième zone 80 est moins inclinée par rapport à l'axe principal X30 que la face plane 41-48 de la première zone 40 qui se trouve dans son prolongement suivant la direction proximale D31. En pratique, les angles σ1, σ2 et σ3 peuvent être respectivement compris entre 0° et 5° inclus.
  • Comme les faces 61 et 65, les faces 41, 45, 81 et 85 peuvent être qualifiées de faces primaires, aptes à supporter des contraintes mécaniques appliquées sur le nez 30 lorsque la force de cavage Fc est appliquée sur la dent 10. Comme les faces 62, 64, 66 et 68, les faces 42, 44, 46, 48, 82, 84, 86 et 88 peuvent être qualifiées de faces secondaires, car elles ne sont pas prévues pour supporter des contraintes mécaniques appliquées sur le nez 30 sous l'action de la force de cavage Fc. En revanche, contrairement aux faces 63 et 67, les faces 43, 47, 83 et 87 sont prévues pour supporter des contraintes mécaniques exercées sur le nez 30 lorsqu'une force latérale est appliquée sur la dent 10.
  • De manière particulièrement avantageuse, les faces secondaires des différentes zones 40, 60 et 80 permettent de diminuer les concentrations de contraintes au sein du système 1, tout en minimisant la masse globale du nez 30, du fait de leur agencement et de leur géométrie particulière. Le support 20 et le nez 30 sont pleins, alors que la dent 10 est creuse dans sa partie 12. Pour une masse équivalente du support 20, le nez 30 comporte moins de matière, ce qui permet d'avoir plus de matière sur l'attache du support 20 au godet G et améliore encore sa durée de vie. Egalement, un nez 30 moins volumineux permet de réaliser une dent 10 moins volumineuse en hauteur, ce qui facilite la pénétration de l'ensemble dent-support-godet dans le matériau. Enfin, pour un même profil extérieur de dent 10, un nez 30 moins volumineux permet d'avoir plus de matière dans la dent 10, au niveau de son évidement intérieur. Par conséquent, on améliore la résistance mécanique de la dent 10, ainsi que le rapport de la masse de la dent usée sur la masse de la dent neuve.
  • Comme montré aux figures 6 à 9, le nez 30 comporte un ensemble de sections 50, 70 et 90, définies dans des plans perpendiculaires à l'axe principal X30. Ces sections 50, 70, 90 évoluent suivant la direction proximale D31 en délimitant des aires croissantes ou constantes, en particulier en ne délimitant aucune aire décroissante. Les aires considérées sont en fait celles délimitées par l'enveloppe des sections transverses 50, 70 et 90, étant entendu que la zone 40 est susceptible d'être traversée par le logement de réception du dispositif de liaison, qui ne sont pas représentés dans un but de simplification. Le logement est ménagé transversalement à l'axe X30, de préférence suivant le plan horizontal PH ou le plan vertical PV, en fonction de la configuration du système mécanique 1. Les sections 50 comprenant ce logement présentent des aires réduites en comparaison avec les sections 50 voisines dépourvues de logement, néanmoins les aires des enveloppes de sections transverses 50, 70 et 90 évoluent effectivement de manière croissante ou constante suivant la direction proximale D31. Hormis la présence obligatoire de ce logement dans le nez 30, des sections décroissantes suivant la direction D31 sont à éviter, car elles matérialiseraient la présence d'une zone d'affaiblissement localisé du nez 30.
  • Les sections 50 constituent un premier type de sections définies dans la zone 40, les sections 90 constituent un deuxième type de sections définies dans la zone 80, tandis que les sections 70 constituent un troisième type de sections définies dans la zone 60. Pour chaque zone 40, 60 et 80, on définit un taux de croissance de l'aire des sections, respectivement 50, 70 et 90, par unité de longueur suivant l'axe X30 dans la direction proximale D31. Le taux de croissance par unité de longueur de chaque type de sections 50, 70 ou 90 dépend de l'inclinaison des faces dans la zone correspondante, autrement dit dépend des angles γ1, γ2 et γ3 pour les sections 50, des angles δ1, δ2 et δ3 pour les sections 70 et des angles σ1, σ2 et σ3 pour les sections 90. Le taux de croissance des aires délimitées par les sections 70 est supérieur au taux de croissance des aires délimitées par les sections 50, qui est supérieur au taux de croissance des aires délimitées par les sections 90, suivant la direction proximale D31.
  • Par ailleurs, des angles α1 et β1 sont définis dans le plan vertical PV. Chaque angle α1 est défini, à la surface du nez 30, entre les faces des zones 40 et 60 qui se trouvent dans le plan PV du même côté de l'axe X30, c'est-à-dire entre les faces 41 et 61 ou entre les faces 45 et 65. Chaque angle β1 est défini, à la surface du nez 30, entre les faces des zones 60 et 80 qui se trouvent dans le plan PV du même côté de l'axe X30, c'est-à-dire entre les faces 61 et 81 ou entre les faces 65 et 85. L'angle α1 est compris entre 180° et 200°, en l'occurrence égal à 180° sur les figures, tandis que l'angle β1 est compris entre 160 et 180 °, en l'occurrence égal à 160 ° sur les figures.
  • On définit en outre un ensemble de plans PI qui comprennent l'axe principal X30, qui sont inclinés par rapport aux plans PV et PH et qui coupent les faces inclinées 42, 44, 46, 48, 62, 64, 66, 68, 82, 84, 86 et 88. A titre d'exemple, le plan PI montré aux figures 4 et 9 coupe les faces 42, 62 et 82 du côté supérieur droit de l'axe X30 et coupe les faces opposées 46, 66 et 86 du côté inférieur gauche de l'axe X30. On définit également des angles α2 et β2 pour un plan PI donné. Chaque angle α2 est défini, à la surface du nez 30, entre une face inclinée de la zone 40 et une face inclinée de la zone 60 qui se trouvent dans le même plan PI et du même côté de l'axe X30, par exemple entre la face 42 et la face 62. Chaque angle β2 est défini, à la surface du nez 30, entre une face inclinée de la zone 60 et une face inclinée de la zone 80 qui se trouvent dans le même plan PI et du même côté de l'axe X30, par exemple entre la face 62 et la face 82. On remarque que les angles α2 et β2 sont variables en fonction du plan PI choisi, du fait notamment de la forme vrillée des faces 62, 64, 66 et 68. De préférence, le plan PI peut être choisi comme étant perpendiculaire au plan moyen, défini plus haut, des faces vrillées. L'important est que, quel que soit le plan PI choisi, l'angle α2 est compris entre 180° et 200°, de préférence égal à 190°, tandis que l'angle β2 est compris entre 160° et 180°, de préférence égal à 170°. Dans le plan PI montré aux figures 4 et 9, les angles α2 et β2 sont égaux respectivement à 190° et 170°.
  • On définit également des angles α3 et β3 dans le plan horizontal PH. Chaque angle α3 est défini, à la surface du nez 30, entre les faces des zones 40 et 60 qui se trouvent dans le plan PH du même côté de l'axe X30, c'est-à-dire entre les faces 43 et 63 ou entre les faces 47 et 67. Chaque angle β3 est défini, à la surface du nez 30, entre les faces des zones 60 et 80 qui se trouvent dans le plan PH du même côté de l'axe X30, c'est-à-dire entre les faces 63 et 83 ou entre les faces 67 et 87. L'angle α3 est compris entre 180° et 200°, en l'occurrence égal à 200° sur les figures, tandis que l'angle β3 est compris entre 160 et 180 °, en l'occurrence égal à 160 ° sur les figures.
  • Quelle que soit la section longitudinale du nez 30 considérée, tous les angles entre faces planes voisines sont donc obtus. Les faces planes 41-61-81, 42-62-82, 43-63-83, 44-64-84, 45-65-85, 46-66-86, 47-67-87 et 48-68-88 qui sont situées, d'une part, dans un même plan PV, PI ou PH comprenant l'axe principal X30 et, d'autre part, du même côté de l'axe principal X30, sont inclinées les unes par rapport aux autres selon des angles obtus α1, α2, α3, β1, β2 et β3 qui sont toujours compris entre 160 et 200 °. De plus, les faces planes voisines d'une même zone 40, 60 ou 80 sont inclinées les unes par rapport aux autres d'au plus 60°, dans des plans perpendiculaires à l'axe X30, sans définir de creux rentrant dans le nez 30. La surface importante des faces planes permet une bonne répartition des efforts à l'interface entre le nez 30 et la dent 10. La taille des congés ou zones de transition 35, 36, 37, 38, 49, 69 et 89 reliant les faces planes est réduite au maximum.
  • Ainsi, la géométrie particulière du nez 30, et donc la géométrie interne de la partie creuse 12 de la dent 10 qui découle de celle du nez 30, réduisent fortement les concentrations de contraintes internes au système 1 selon l'invention, ce qui augmente sa durée de vie.
  • En pratique, l'application de la force de cavage FC, a tendance à faire basculer la dent 10 sur son support-adapteur 20. Grâce au coincement des oreilles 14 dans les logements 24, ainsi qu'à la présence du plat de stabilisation formé par la face 34, un basculement critique de la dent 10 peut être évité. Avec l'usure du système mécanique 1, les interfaces de contact situées entre les oreilles 14 et les logements 24 et entre l'extrémité distale 33 du nez 30 et la partie 12 de la dent 10 ne sont plus prédominantes. En particulier, la paroi de l'évidement intérieur de la dent 10 est susceptible d'appuyer très fortement sur la partie inférieure du nez 30 sous l'action de la force Fc. Tant que les jeux entre la dent 10 et le support 20 sont faibles, le basculement permis de la dent 10 l'est aussi et les contraintes exercées aux interfaces de contact sont acceptable. Lorsque le jeu entre la dent 10 et son support 20 augmente, la partie 12 est susceptible de se fissurer, se déchirer ou éclater, rendant la dent 10 hors d'usage. Dans ces conditions, il est particulièrement avantageux de réduire les concentrations de contraintes et ainsi d'augmenter la résistance de la dent 10 à l'éclatement.
  • Le système mécanique 1 selon l'invention est bien adapté pour subir des forces provenant de toutes les directions, en plus de la force de cavage Fc. Lorsqu'une force est appliquée sur la dent 10, le support 20 et la pièce d'usure 10 comprennent au moins une interface de contact parmi :
    • une première interface de contact située entre chaque oreille 14 et le logement 24 de réception de cette oreille 14,
    • une deuxième interface de contact située entre la dent 10 et les faces planes de la zone 80 qui s'étendent sensiblement perpendiculairement à la force,
    • une troisième interface de contact située entre la dent 10 et les faces planes de la zone 40 qui s'étendent dans le prolongement de la deuxième interface de contact suivant la direction proximale D31,
    • une quatrième interface de contact située entre la dent 10 et les faces planes de la zone 60 qui s'étendent dans le prolongement de la deuxième interface de contact suivant la direction proximale D31,
    • une cinquième interface de contact située entre la dent 10 et la face plane 34.
  • En service, le nombre d'interfaces de contact simultanées est fonction, d'une part, de la direction de la force exercée sur la dent 10 et, d'autre part, de l'usure de la dent 10 et/ou du support 20. Les interfaces de contact sont généralement sollicitées dans un ordre allant de la première interface de contact à la cinquième interface de contact.
  • Par ailleurs, les éléments constitutifs du système 1 peuvent être conformés de manière différente sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, le nez 30 peut être conformé selon différentes variantes détaillées ci-après. L'évidement intérieur de la dent 10 est conformé en fonction de la géométrie du nez 30.
  • En variante non représentée, le nez 30 présente uniquement un plan de symétrie parmi le plan vertical PV ou le plan horizontal PH, ce plan de symétrie incluant l'axe principal X30.
  • Selon une autre variante non représentée, les zones 40, 60 et 80 ou certaines de ces zones du nez 30 peuvent présenter un profil transverse globalement hexagonal. Dans ce cas, en considérant différentes sections transverses à l'axe X30 dans ces zones 40, 60 et 80 particulières, le nez 30 en section comporte six côtés principaux reliés par des congés arrondis.
  • Selon une autre variante non représentée, le nez 30 peut présenter un profil transverse au moins en partie décagonal, dodécagonal, etc... Autrement dit, au moins certaines des zones 40, 60 et 80 peuvent présenter un nombre de faces planes deux à deux opposées qui est pair et supérieur à six.
  • Selon une autre variante non représentée, le nez 30 ne comporte par de zone intermédiaire 60, mais uniquement des zones 40 et 80 comportant chacune au moins six faces planes.
  • Selon une variante non représentée, la zone médiane 60 du nez 30 comprend deux faces planes 61 et 65 perpendiculaires au plan vertical PV, de préférence deux faces planes 63 et 67 perpendiculaires au plan horizontal PH, et au moins quatre faces 62, 64, 66, 68 orientées autrement qu'à angle droit à la fois par rapport au plan vertical PV et par rapport au plan horizontal PH.
  • De préférence, le nombre de faces planes de la zone 40 est supérieur ou égal au nombre de faces planes ou vrillées de la zone 60, qui est supérieur ou égal au nombre de faces planes de la zone 80, qui est supérieur ou égal à six.
  • De préférence également, au moins certaines faces planes opposées de la zone 40 et/ou de la zone 80 sont parallèles deux à deux, de part et d'autre de l'axe X30. Par exemple, les faces 43 et 47 peut être parallèles entre elles et au plan PV. Selon un autre exemple, la zone 80 peut comporter six faces parmi lesquelles la face supérieure 81 orientée vers le haut 4 et la face inférieure 85 orientée vers le bas 5 sont parallèles. Avantageusement, la zone 80 comporte au moins six ou huit faces planes deux à deux parallèles.
  • En outre, le dispositif de liaison entre la dent 10 et le support 20 peut être de tout type adapté à la présente application.
  • Les caractéristiques techniques des différents modes de réalisation peuvent être, en totalité ou pour certaines d'entre elles, combinées entre elles. Ainsi, le système mécanique peut être adapté en termes de contraintes de fabrication et opérationnelles.
  • Grâce à l'invention, la dent 10 et le support 20 sont conformés pour absorber des sollicitations de toutes natures et toutes directions, tout en réduisant les zones d'affaiblissement localisé et les phénomènes d'usure.

Claims (10)

  1. Système mécanique (1), comprenant une pièce d'usure (10), un support (20) et un dispositif de liaison entre la pièce d'usure (10) et le support (20), qui appartiennent à un équipement (G) d'engin de travaux publics, le support (20) comprenant :
    - une base (22),
    - un nez (30) qui s'étend depuis la base (22) suivant un axe principal (X30), entre une extrémité proximale (31) proche de la base (22) et une extrémité distale (33) opposée à la base (22), le nez présentant un ensemble de sections (50, 70, 90), dans des plans perpendiculaires à l'axe principal (X30), qui évoluent suivant une direction proximale (D31) en délimitant des aires croissantes ou constantes, en particulier en ne délimitant aucune aire décroissante, hormis en présence d'un logement de réception d'un dispositif de liaison dans le nez (30), et
    - de chaque côté de la base (22), un logement (24) de réception d'une oreille (14) appartenant à la pièce d'usure (10), le logement (24) étant ménagé dans la base (22) dans le prolongement du nez (30), avec un côté ouvert suivant une direction distale (D33) ainsi que trois côtés fermés,
    le système mécanique (1) étant caractérisé en ce que le nez (30) comporte :
    - une première zone (40) qui est située au voisinage de l'extrémité proximale (31) du nez (30) et qui comporte au moins six faces planes (41-48) deux à deux opposées (41, 45 ; 42, 46 ; 43, 47 ; 44, 48) délimitant des sections d'un premier type (50), et
    - une deuxième zone (80) qui est située au voisinage de l'extrémité distale (33) du nez (30) et qui comporte au moins six faces planes (81-88) deux à deux opposées (81, 85; 82, 88 ; 83, 87; 84, 88) délimitant des sections d'un deuxième type (90), chaque face plane (81-88) de la deuxième zone (80) étant moins inclinée, par rapport à l'axe principal (X30), que la face plane (41-48) de la première zone (40) qui se trouve dans son prolongement suivant la direction proximale (D31).
  2. Système mécanique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première zone (40) du nez (30) comporte au moins huit faces planes (41-48) deux à deux opposées (41, 45 ; 42, 46 ; 43, 47 ; 44, 48), au moins certaines des faces planes opposées étant de préférence parallèles entre elles.
  3. Système mécanique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième zone (80) du nez (30) comprend au moins six faces planes (81-88) deux à deux parallèles (81, 85 ; 82, 86 ; 83, 87 ; 84, 88), de préférence au moins huit faces planes (81-88) deux à deux parallèles (81, 85 ; 82, 86 ; 83, 87 ; 84, 88).
  4. Système mécanique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le nez (30) comporte une troisième zone (60) intermédiaire entre la première zone (40) et la deuxième zone (80) du nez (30) le long de l'axe principal (X30), la troisième zone (60) comprenant au moins six faces (61-68) deux à deux opposées (61, 65; 62, 66; 63, 67; 64, 68) délimitant des sections d'un troisième type (70) dans des plans perpendiculaires à l'axe principal (X30), de préférence au moins quatre faces planes (61, 63, 65, 67) et quatre faces gauches (62, 64, 66, 68) deux à deux opposées (61, 65; 62, 66; 63, 67; 64, 68), les aires délimitées par les sections du troisième type (70) ayant, suivant la direction proximale (D31), un taux de croissance supérieur au taux de croissance des aires délimitées par les sections du premier type (50) et au taux de croissance des aires délimitées par les sections du deuxième type (90).
  5. Système mécanique (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que les faces planes (41-48, 61-68, 81-88) de la première zone (40), de la deuxième zone (80) et de la troisième zone (60) qui sont situées, d'une part, dans un même plan (PV ; PI ; PH) comprenant l'axe principal (X30) et, d'autre part, du même côté de l'axe principal (X30), sont inclinées les unes par rapport aux autres selon des angles obtus (α1, α2, α3, β1, β2, β3) compris entre 160 et 200 degrés.
  6. Système mécanique (1) selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les faces planes (61-68) de la troisième zone (60) comprennent :
    - d'une part, des faces primaires (61, 65) présentant la même inclinaison par rapport à l'axe principal (X30) que les faces planes (41, 45) de la première zone (40) qui sont dans leur prolongement suivant la direction proximale (D31), ces faces primaires (61, 65) étant aptes à supporter des contraintes mécaniques exercées sur le nez (30) lorsqu'une force de cavage (Fc) est appliquée sur la pièce d'usure (10) et,
    - d'autre part, des faces secondaires (62, 63, 64, 66, 67, 68) globalement plus inclinées par rapport à l'axe principal (X30) que les faces planes (42, 43, 44, 46, 47, 48) de la première zone (40) qui sont dans leur prolongement suivant la direction proximale (D31).
  7. Système mécanique (1) selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la troisième zone (60) du nez (30) comprend :
    - deux faces planes (61, 65) perpendiculaires à un plan vertical (PV),
    - de préférence deux faces planes (63, 67) perpendiculaires à un plan horizontal (PH), et
    - au moins quatre faces (62, 64, 66, 68) orientées autrement qu'à angle droit à la fois par rapport au plan vertical (PV) et par rapport au plan horizontal (PH).
  8. Système mécanique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lorsqu'une force (Fc) est appliquée sur la pièce d'usure (10), le support (20) et la pièce d'usure (10) comprennent au moins une interface de contact parmi :
    - une première interface de contact située entre chaque oreille (14) et le logement (24) de réception de cette oreille (14),
    - une deuxième interface de contact située entre la pièce d'usure (10) et les faces planes (81, 85) de la deuxième zone (80) qui s'étendent sensiblement perpendiculairement à la force (Fc),
    - une troisième interface de contact située entre la pièce d'usure (10) et les faces planes (41, 45) de la première zone (40) qui s'étendent dans le prolongement de la deuxième interface de contact suivant la direction proximale (D31),
    - le cas échéant, une quatrième interface de contact située entre la pièce d'usure (10) et les faces planes (61, 65) de la troisième zone (60) qui s'étendent dans le prolongement de la deuxième interface de contact suivant la direction proximale (D31), et
    - une cinquième interface de contact située entre la pièce d'usure (10) et une face plane (34) qui est perpendiculaire à l'axe principal (X30) et agencée à l'extrémité distale (33) du nez (30),
    le nombre d'interfaces de contact simultanées en service étant fonction, d'une part, de la direction de la force (Fc) et, d'autre part, de l'usure de la pièce d'usure (10) et/ou du support (20).
  9. Système mécanique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le nez (30) présente au moins un plan de symétrie (PV ; PH) incluant l'axe principal (X30), notamment un plan vertical (PV) et/ou un plan horizontal (PH), l'axe principal (X30) étant de préférence un axe de symétrie du nez (30).
  10. Godet (G) d'engin de travaux publics, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un système mécanique (1) selon l'une des revendications 1 à 9.
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