FR2664629A1 - Bras plongeur pour excavatrice en materiaux composites polymeres de resistance elevee et procede pour sa fabrication. - Google Patents
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Abstract
L'invention se rapporte à un bras plongeur (10) qui comporte une structure en forme de boîte comprenant un élément d'enveloppe externe (11) réalisé en matériaux composites polymères de résistance élevée et une masse de remplissage intérieure en mousse de polyuréthanne et disposée à l'intérieur du dit élément d'enveloppe externe (11) afin d'être intégrée au dit élément d'enveloppe externe (11), et plusieurs supports de palier (13, 14, 15, 16) réalisés en matériau composite polymère et disposés au niveau de parties de raccordement de la dite structure en forme de boîte afin d'être intégrés à la dite structure. La présente invention procure une réduction de poids d'environ 50 à 60 % comparé au bras plongeur en acier de construction conventionnel et également d'environ 6,8 à 13,9 % comparé au bras plongeur en acier de construction conventionnel sur la base du rapport pondéral de terre excavée.
Description
"Bras plongeur pour excavatrice en matériaux composites polymères de
résistance élevée et procédé
pour sa fabrication".
La présente invention se rapporte à un bras plongeur, partie d'une excavatrice, et plus particulièrement à un bras plongeur réalisé en matériaux composites polymères tels que des plastiques renforcés de fibres, capable d'améliorer la capacité d'excavation en conséquence de la réduction de son propre poids, et de réduire les processus de fabrication par rapport à des bras plongeur à structure en acier de construction conventionnels, tout en ayant
simultanément une résistance optimale.
Comme cela est représenté sur la figure 1 qui est une vue en perspective d'une excavatrice conventionnelle ayant un bras plongeur, le bras plongeur 10 est une pièce reliée de manière articulée à ses deux extrémités à une flèche 2 et à un godet d'excavation 3 afin respectivement d'être relié à l'une et supporter l'autre, la dite flèche 2 étant prévue pour supporter la charge d'excavation Le bras plongeur est également relié à des vérins hydrauliques, un vérin de bras 4 et un vérin de godet 5, lesquels vérins
4 et 5 sont actionnés de manière télescopique par un-
circuit de commande hydraulique (non représenté) prévu d'une manière générale au niveau du châssis 1, procurant ainsi la puissance d'excavation pour le godet d'excavation 3 Par conséquent, le bras plongeur 10 est nécessairement soumis à un mouvement vers le haut et vers le bas et de rotation intensif répété en fonction du déplacement télescopique répété des vérins hydrauliques 4 et 5 Il en résulte que le bras plongeur est connu pour être une pièce à mouvement intense avec le godet d'excavation 3 de telle sorte que le bras plongeur 10 doit être fabriqué dans des matériaux capables d'apporter une résistance suffisante pour supporter l'abrasion et les chocs mécaniques rencontrés dans les opérations d'excavation répétées et pour
supporter la charge d'excavation.
D'une manière générale, les bras plongeur connus ont par conséquent été fabriqués dans des aciers de construction, par exemple le S 541, afin de
correspondre aux conditions mécaniques mentionnées ci-
dessus Toutefois, le bras plongeur en acier de construction a pour inconvénients de présenter un poids très élevé du à la densité relativement grande des aciers de construction, 7,9 g/cm 3, et qu'une structure soudée et en forme de boîte creuse a pour effet de rendre le bras plongeur relativement faible face aux chocs mécaniques extérieurs, et également d'une faible résistance à l'encontre de l'usure due par exemple aux opérations d'excavation répétées et d'une faible résistance à l'encontre de la corrosion due par exemple à l'atmosphère et à l'humidité En outre, le bras plongeur en acier de l'état de la technique présente le sérieux inconvénient de nécessiter des châssis de relativement grande taille, une puissance hydraulique relativement importante et une capacité du moteur nécessairement importante afin de fournir la capacité d'excavation pratique souhaitée de l'excavatrice, à
cause du poids élevé mentionné ci-dessus.
Les inventeurs ont procédé à des études pendant quelques années afin de développer un bras plongeur susceptible d'une réduction de poids tout en ayant simultanément une résistance suffisante pour supporter la charge d'excavation nécessaire, résolvant ainsi les inconvénients mentionnés ci-dessus rencontrés dans le bras plongeur en acier de construction de l'état de la technique Il en résulte que les inventeurs ont inventé un bras plongeur pour une excavatrice réalisé en matériaux composites polymères de résistance élevée (appelés par la suite simplement
"matériaux composites").
C'est par conséquent un but de la présente invention que de procurer un bras plongeur pour une excavatrice réalisé en matériaux composites susceptible d'une réduction de poids tout en ayant simultanément une résistance suffisante pour supporter la charge d'excavation, réduisant ainsi les tailles respectives du châssis et la capacité du moteur nécessaire comparé à la capacité d'excavation souhaitée, et ayant pour effet d'augmenter la capacité d'excavation pratique de l'excavatrice. C'est un autre but de la présente invention que de procurer un procédé de fabrication du bras
plongeur réalisé en matériaux composites.
Selon un aspect, la présente invention concerne un bras plongeur dans une excavatrice comportant une caisse d'engin, une flèche, un godet d'excavation, des vérins de bras et de godet destinés chacun à transmettre la puissance d'excavation d'un circuit de commande hydraulique du dit châssis vers le dit godet d'excavation, une bielle, et un bras plongeur relié à la dite flèche et au dit godet à ses deux
extrémités, le dit bras plongeur comportant: une-
structure en forme de boîte comprenant un élément d'enveloppe externe réalisé en matériaux composites polymères de résistance élevée et une masse de remplissage intérieure en mousse de polyuréthanne et disposée à l'intérieur du dit élément d'enveloppe externe afin d'être intégrée au dit élément d'enveloppe externe; et plusieurs supports de palier réalisés en matériau composite polymère et disposés au niveau de parties de raccordement de la dite structure en forme de boîte afin d'être intégrés à la dite structure, le dit bras plongeur étant relié au niveau des dites parties de raccordement respectivement au dit godet, à la dite flèche, aux dits vérins de bras et de godet et
à la dite bielle.
Selon un autre aspect, la présente invention prévoit un procédé de fabrication d'un bras plongeur comportant une structure en forme de boîte comprenant un élément d'enveloppe externe réalisé en matériaux composites polymères de résistance élevée et une masse de remplissage intérieure en mousse de polyuréthanne et disposée à l'intérieur du dit élément d'enveloppe externe afin d'être intégrée au dit élément d'enveloppe externe, et plusieurs supports de palier réalisés en matériau composite polymère et disposés au niveau de parties de raccordement respectives de la dite structure en forme de boîte afin d'être intégrés à la dite structure en forme de boîte, le dit bras plongeur étant relié au niveau des dites parties de raccordement respectives respectivement à un godet, à une flèche, à des vérins de bras et de godet et à une bielle, le dit procédé de fabrication comprenant les étapes de: formation de chaque support de palier par un processus d'enroulement de filament et formation de la dite masse de remplissage intérieure en mousse de polyuréthanne; assemblage de chaque support de palier avec la dite masse de remplissage intérieure afin de fournir un premier assemblage; mise en place du premier assemblage dans une cavité d'un moule d'un système de moulage par transfert de résine, et ensuite formation de la dite structure en forme de boîte par un processus de moulage par transfert de résine dans lequel le matériau polymère liquide est transféré dans le dit moule et
traitement de durcissement est réalisé.
Les buts ci-dessus ainsi que d'autres, les caractéristiques et autres avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de
la description suivante en liaison avec les dessins
annexés, dans lesquels: La figure 1 est une vue de côté d'une excavatrice équipée d'un bras plongeur; Les figures 2 A et 2 B sont respectivement une vue en perspective d'une forme de réalisation d'un bras plongeur pour excavatrice réalisé en matériaux composites selon la présente invention et une vue en perspective agrandie du bras plongeur de la figure 2 A; La figure 3 est une vue en perspective éclatée du bras plongeur des figures 2 A et 2 B avant d'être soumis à un processus de moulage par transfert de résine; Les figures 4 A et 4 B sont chacune une vue en perspective en coupe le long de la ligne A-A de la figure 2 A et montrant des formes de réalisation respectives d'une masse de remplissage intérieure comprenant 4 blocs de mousse de polyuréthanne et un renforcement en fibres; La figure 5 est une vue en perspective schématique représentant l'état d'enroulement de filament à 45 , un exemple d'un procédé d'enroulement de filament destiné à former chaque support de palier de la figure 3; La figure 6 est une vue schématique
représentant un système de moulage par transfert de-
résine, un système destiné à mettre en oeuvre le dernier des processus de fabrication du bras plongeur selon la présente invention; et La figure 7 est une vue correspondant à la figure 3, mais représentant une autre forme de réalisation d'un bras plongeur réalisé en matériaux
composites selon la présente invention.
Si l'on se réfère maintenant aux figures 2 A à 4 B, la figure 2 A est une vue en perspective d'une forme de réalisation d'un bras plongeur pour excavatrice réalisé en matériaux composites selon la présente invention, et la figure 2 B est une vue en perspective agrandie d'une chape du bras plongeur de la figure 2 A. La figure 3 est une vue en perspective éclatée du bras plongeur des figures 2 A et 2 B avant d'être soumis à un processus de moulage par transfert de résine (appelé simplement par la suite "processus RTM") Les figures 4 A et 4 B sont chacune une vue en perspective en coupe le long de la ligne A-A de la figure 2 A et montrent des formes de réalisation respectives d'une masse de remplissage intérieure comprenant de la mousse de polyuréthanne et un renforcement en fibres Le bras plongeur 10 présente la structure en forme de boîte conventionnelle, mais comprend un élément d'enveloppe externe 11 réalisé en matériaux composites Le bras plongeur 10 comprend l'élément d'enveloppe externe Il (appelé par la suite simplement "élément d'enveloppe") et la masse de remplissage intérieure 21 disposée dans le dit élément d'enveloppe ll comme cela est représenté sur les figures 2 A, 2 B et 3 L'élément d'enveloppe 11 est formé en recouvrant la masse de remplissage intérieure 21 au moyen du procédé RTM en utilisant des matériaux composites tels que du plastique renforcé de fibres (appelé par la suite simplement "FRP") La masse de remplissage intérieure 21 est prévue pour supporter la forme de l'élément d'enveloppe 11 et absorber un choc mécanique qui peut être appliqué sur l'élément d'enveloppe 11 De plus, la masse de remplissage intérieure 21 comprend de la mousse de polyuréthanne 21 ' et un renforcement en fibres 12 déposé sur la dite mousse de polyuréthanne 21 ', et est obtenue au moyen d'un processus auxiliaire, lequel processus sera décrit plus en détail par la suite L'élément d'enveloppe 11 est formé d'un seul tenant avec la masse de remplissage intérieure 21 préalablement obtenue au moyen des
matériaux composites pendant le processus RTM.
D'autre part, le bras plongeur 10 est pourvu d'une paire de pattes de chape en forme de U 10 ' et " en formant une fente respective 30 au niveau des parties de raccordement respectives de celui-ci avec le vérin de bras 4 et le vérin de godet 5, une extrémité de chacun des dits vérins 4, 5 étant reçue par chaque fente 30 correspondante Chaque patte de chape 101, '' est pourvue d'une paire de supports de palier en forme de tube 13 qui comportent chacun une couche de filament de matériaux composites et sont prévus pour recevoir un axe d'articulation 4 ', les dits axes d'articulation 4 ' étant prévus pour relier de manière respective le dit bras plongeur 10 aux vérins hydrauliques 4 et 5 De plus, le bras plongeur 10 est pourvu de plusieurs supports de palier 14, 15 et 16 au niveau des parties de raccordement de celui-ci respectivement à la flèche 2, au godet d'excavation 3 et à une bielle 5 ' Chaque support de palier 14, 15, 16 comporte un tube en acier de construction et un filament de matériau composite enroulé de façon serré sur le dit tube en acier de construction afin d'avoir une épaisseur d'environ 10 mm Tous les supports de palier 13, 14, 15 et 16 sont formés au préalable par un processus d'enroulement de filament, lequel processus sera décrit plus en détail par la suite, et sont ensuite disposés aux emplacements respectifs de la masse de remplissage intérieure 21, soumise à son tour au processus RTM et étant ainsi intégrée à l'élément
d'enveloppe 11.
La masse de remplissage intérieure 21 comporte plusieurs bloc de mousse de polyuréthanne 21 ' et un renforcement en fibres 12 enroulé sur la dite mousse de polyuréthanne comme cela est représenté sur les figures 4 A et 4 B de telle sorte que la masse de remplissage intérieure 21 présente une section en croix ou à carreaux, améliorant ainsi la résistance au choc et la résistance de la masse de remplissage intérieure 21 Le renforcement en fibres 12 se compose d'une fibre de verre, d'une fibre aramide et/ou d'une fibre de carbone Cette masse de remplissage intérieure 21 sera
de nouveau décrite en détail par la suite.
La première forme de réalisation du bras plongeur décrit ci-dessus est réalisée au moyen des
processus suivants.
Lors de la fabrication, les supports de palier 13, 14, 15 et 16 avec la masse de remplissage intérieure 21 sont fabriqués en premier Comme cela est représenté sur la figure 5 qui est une vue en perspective schématique représentant le procédé d'enroulement de filament à 450, un exemple de procédé d'enroulement de filament, chaque support de palier 13, 14, 15, 16 est formé par le procédé d'enroulement de filament dans lequel une fibre continue 23 imprégnée avec de la résine est enroulée de manière serrée sur un mandrin tubulaire en acier de construction 22, et est ensuite soumise à un traitement de durcissement à température ambiante Chaque support de palier 13, 14, 15, 16 peut comprendre le mandrin tubulaire en acier de construction 22 et la fibre imprégnée 23 enroulée sur le dit mandrin 22 et durcie à température ambiante ou bien uniquement la fibre imprégnée 23 obtenue en retirant le dit mandrin 22 après réalisation du traitement de durcissement à température ambiante, au choix De plus, les supports de palier 13, 14, 15, 16 peuvent être formés par un procédé d'enroulement de filament suivant n'importe quel angle y compris le procédé d'enroulement de filament à 90 , lorsque cela est nécessaire, le dit procédé d'enroulement à 900 étant connu sous le nom de procédé d'enroulement en boucle Dans le procédé d'enroulement circonférentiel de filament à 90 , la fibre continue imprégnée 23 est enroulée sur le mandrin 22 suivant un angle de 90 par rapport à l'axe du mandrin 22 Le procédé d'enroulement de filament pour la fabrication de chaque support de palier 13, 14, 15, 16 est décrit en détail dans l'exemple suivant N O l Selon cet exemple N O l, chaque support de palier comprend le mandrin tubulaire en acier de construction 22 et la fibre imprégnée 23 enroulée sur le dit mandrin 22 selon le procédé d'enroulement de filament à 90 Toutefois, le procédé d'enroulement de filament peut adopter un procédé d'enroulement en spirale suivant un angle d'enroulement
quelconque, comme cela a été mentionné ci-dessus.
Exemple 1 Un mandrin est pourvu d'un support de palier tubulaire en acier de construction ayant une épaisseur de 4 mm, laquelle épaisseur de 4 mm est le quart de l'épaisseur général du support de palier conventionnel, réduisant ainsi son propre poids Un filament continu Z 303 LBO (résistance à la traction: 400 Kgf/mm 2 ( 3924 N/mm 2, module élastique: 50 msi), disponible dans le commerce auprès de Nippon Carbion Co du Japon, imprégné avec une résine polyester de type insaturé durcissant à température ambiante ou une résine du type vinyle ester durcissant à température ambiante, est enroulé serré au moyen d'une machine d'enroulement de filament fabriquée par le Korea Institute of Machinery
and Metals' Laboratory Le mandrin enroulé avec le.
filament imprégné est ensuite soumis au traitement de durcissement à température ambiante A ce moment là, l'état d'enroulement comprend la force de traction à Kgf ( 98,1 N) et le procédé d'enroulement circonférentiel de filament à 90 , et le traitement de durcissement à température ambiante est réalisé pendant 3 heures à une température de 250 C. Selon l'exemple 1, un support de palier ayant une résistance suffisante pour supporter la force de
traction appliquée dessus est obtenu.
D'autre part, les supports de palier 13 et 13, prévus sur la première forme de réalisation du bras plongeur 10 au niveau des pattes de chape en forme de U ' et 10 '', sont formés chacun en étant relativement plus court que les autres supports de palier 14, 15 et 16. Lors de la fabrication de la masse de remplissage intérieure 21, la mousse de polyuréthanne 211 est d'abord formée par expansion d'un pré-imprégné de polyuréthanne qui est versé dans un moule d'expansion, lequel moule est réalisé en FRP et comprend une cavité ayant un volume allant de environ
% à environ 80 % du volume total du bras plongeur 10.
La mousse de polyuréthanne 21 ' est ensuite divisée dans le sens de la longueur en quatre parties égales, lesquelles parties sont ensuite enroulées avec le renforcement en fibres 12 comportant la fibre de verre, la fibre aramide et/ou la fibre de carbone A ce moment là, le renforcement en fibres 12 peut être totalement enroulé sur chaque bloc de mousse de polyuréthanne 21 ' divisée de manière égale afin de renforcer les quatre surfaces dans le sens de la longueur comme cela est représenté sur la figure 4 A, bien que le renforcement en fibres 12 puisse être également partiellement déposé sur les deux surfaces intérieures de chaque bloc de mousse de polyuréthanne 21 ' divisée comme cela est représenté sur la figure 4 B A la suite de cela, tous les blocs de mousse de polyuréthanne 21 ' divisée pourvue du renforcement en fibres 12 sont combinés dans l'état initial, et ensuite enroulés de nouveau avec le renforcement en fibres 12 comportant la fibre de verre, la fibre aramide et/ou la fibre de carbone de telle sorte que la masse de remplissage intérieure 21 a la section en croix ou la section à carreaux La masse de remplissage intérieure 21 est alors soumise à un processus de perçage afin de prévoir plusieurs trous de montage 17, 18, 19 et 20 destinés chacun à recevoir chaque support de palier 13, 14, 15, 16 et deux fentes il destinées chacune à procurer chaque patte de chape en forme de U 10 ', 10 '' Toutefois, les trous de montage 17, 18, 19 et 20 et les fentes 30 peuvent être formés simultanément à la mise en mousse de la mousse de polyuréthanne 21 ' au moyen d'un moule d'expansion pourvu de moules auxiliaires prévus pour former les dits trous de montage 17, 18, 19 et 20 et les dites fentes 30 Il en résulte la masse de remplissage intérieure 21 ayant la forme extérieure représentée sur la figure 3 et la structure en coupe représentée sur la figure 4 A ou 4 B. A la suite de cela, chaque support de palier 13, 14, 15, 16 est disposé dans chaque trou de montage correspondant 17, 18, 19, 20 de la masse de remplissage
intérieure 21 afin de procurer un premier assemblage.
Le premier assemblage comportant les supports de palier et la masse de remplissage intérieure est alors soumis au processus RTM (voir figure 6) afin de
réaliser le bras plongeur 10 en matériaux composites.
Un exemple de processus RTM va être décrit dans
l'exemple suivant no 2.
Exemple no 2
Comme cela est représenté sur la figure 6, le système RTM comporte d'une manière générale une paire de réservoirs de résine 24 et 25 destinés à stocker respectivement une résine A et une résine B, des éléments de commande de transfert de résine 26 et 27 séquentiellement en communication avec les dits réservoirs de résine 24 et 25 et prévus pour commander le transfert de résine, un moule 28 en communication avec le circuit de commande de transfert de résine 27 et comportant un moule supérieur et un moule inférieur, et un circuit de commande de température 29 prévu pour commander la température de formage du dit moule 28 Le moule 28 est pourvu d'une cavité 28 ' entre le moule supérieur et le moule inférieur, laquelle cavité 28 ' a la forme et la taille qui correspondent chacune au bras plongeur 10 Dans le processus RTM, le premier assemblage comportant la masse de remplissage intérieure 21 pourvue des supports de palier 13, 14, 15 et 16 est disposé d'abord dans la cavité 28 ' du moule 28 Ensuite, les matériaux composites, c'est-à-dire la résine liquide polymère telle que la résine vinyle
ester ou la résine polyester insaturée mentionnées ci-
dessus, mélangés avec les additifs conventionnels tels qu'un catalyseur, un accélérateur, un promoteur, un agent retardateur de gel et équivalent, sont transférés des réservoirs de résine respectifs 24 et 25 vers le moule 28 au moyen des éléments de commande de transfert de résine 26 et 27 pendant environ 5 à 10 minutes dans un état de vide à l'intérieur du moule 28 A ce moment là, la pression de transfert de résine est réglée en dessous de environ 5 Bar ( 5 105 Pa) Le moule 28 est ensuite soumis à un traitement de durcissement thermique pendant environ 30 à 40 minutes dans l'état de vide Il en résulte que le bras plongeur 10 en
matériaux composites selon cette invention est obtenu.
Pendant le processus RTM ci-dessus, simultanément au remplissage dense des petits espaces entre chaque support de palier 13, 14, 15, 16 et chaque trou de montage correspondant 17, 18, 19, 20 de la masse de remplissage intérieure 21, les matériaux composites transférés dans le moule 28 forment l'élément d'enveloppe 11 sur l'ensemble des surfaces extérieures de la masse de remplissage intérieure 21, le dit élément d'enveloppe il ayant une épaisseur prédéterminée et étant intégré à la dite masse de remplissage intérieure 21 De plus, les matériaux composites respectifs formant les parties du bras plongeur 10 formées chacune pendant le processus RTM comprennent la résine vinyle ester DERAKANE 411-45 disponible commercialement auprès de Dow Chemical Co. des U S A comme matériau principal et le mat de fibre de verre UNIFILO R disponible commercialement auprès de Vetrotex Co des U S A comme matériau de base La résine vinyle ester DERAKANE 411-45 a des viscosités désirées allant de environ 400 m Pa S à environ 500 m Pa s, de préférence 450 m Pa s La pression de transfert de résine peut être de manière souhaitable inférieure à environ 5 Bar ( 5 105 Pa) ou adopter l'état de vide à l'intérieur du moule 28 Il est fortement souhaitable de faire le vide dans le moule 28 pendant le transfert de résine du fait que l'état de vide à l'intérieur du moule 28 facilite l'imprégnation des matériaux composites dans le renforcement en fibres 12 enroulé sur la mousse de polyuréthanne 21 ' de la masse de remplissage intérieure 21 disposée dans la cavité 28 ' tout en facilitant simultanément le transfert de
résine depuis les réservoirs 24 et 25 vers le moule 28.
Dans ce processus RTM, les additifs suivants sont utilisés: du peroxyde de méthyle éthyle cétone (MEKP) tel que le Butanox LPT disponible commercialement auprès de la Azko Co des Pays-Bas comme catalyseur; du diéthylaniline, du diméthylaniline ou du diméthylacétoacétamide comme accélérateur; du naphténate de cobalt comme promoteur; et du 2,4
pentanedion comme agent retardateur de gel.
Selon l'exemple N 02, le bras plongeur 10 en matériaux composites a une bonne résistance et un poids
relativement faible avec une apparence fine.
Si l'on passe à la figure 7 qui est une vue en perspective éclatée représentant une deuxième forme de réalisation d'un bras plongeur 10 en matériaux composites selon la présente invention, ce bras plongeur 10 en matériaux composites comprend l'élément d'enveloppe 11, la masse de remplissage intérieure 21 disposée à l'intérieur du dit élément d'enveloppe 11, des panneaux supérieurs et inférieurs 31 et 31 ' disposés entre le dit élément d'enveloppe 11 et la dite masse de remplissage intérieure 21, et une bande enroulée sur le dit rebord selon un procédé d'enroulement de bande Les panneaux supérieur et inférieur 31 et 31 ' sont formés au préalable par un procédé de moulage au sac sous vide et recouvrent ensuite la masse de remplissage intérieure 21 Les panneaux 31 et 311 sont alors enroulés avec une bande pré-imprégnée afin de fournir le rebord, le dit rebord étant prévu pour supporter de manière efficace la charge d'excavation, et sont ensuite soumis au processus RTM décrit dans la première forme de réalisation, procurant l'élément d'enveloppe 11 en matériaux composites Dans cette deuxième forme de réalisation, le bras plongeur 10 a l'apparence de boîte sans aucune patte de chape 10 ', 10 '' à la différence de
la première forme de réalisation.
Cette deuxième forme de réalisation du bras plongeur 10 comporte également une paire d'anneaux de renfort triangulaires 35 entourant chacun les trois supports de palier 13 et 14 prévus au niveau des trous de montage respectifs 17 et 18 de la partie de raccordement du dit bras plongeur 10, au niveau des dites parties du dit bras plongeur 10 reliées à la flèche 2, chacun des dits supports de palier 13, 14 étant -formé par le même procédé d'enroulement de filament que celui de la première forme de réalisation mais ayant la même longueur l'un et l'autre du fait qu'il n'y a pas de patte de chape 10 ', 10 '' à la différence de la première forme de réalisation Chaque anneau de renfort triangulaire 35 est formé au préalable par le procédé d'enroulement de filament et prévu de manière auxiliaire pour renforcer les supports de palier 13 et 14, permettant ainsi aux supports de palier 13 et 14 de supporter la contrainte de traction
subie pendant l'opération d'excavation.
Dans cette deuxième forme de réalisation, le procédé d'enroulement de filament destiné à procurer les supports de palier 13, 14, 15 et 16 et l'anneau de renfort triangulaire 35 avec le procédé de formation de mousse destiné à procurer la masse de remplissage intérieure 21 sont les mêmes que ceux de la première
forme de réalisation, et les descriptions détaillées de
ces procédés sont par conséquent les mêmes que celles de la première forme de réalisation D'autre part, le procédé de moulage au sac sous vide destiné à procurer les panneaux supérieur et inférieur 31 et 31 ' et le procédé d'enroulement de bande destiné à procurer le rebord vont être décrits plus en détail dans l'exemple suivant no 3, un exemple destiné à représenter un processus de fabrication pour la deuxième forme de
réalisation du bras plongeur 10.
Exemple no 3
Les panneaux supérieur et inférieur 31 et 31 ' sont formés chacun initialement en déposant une bande pré-imprégnée en correspondance avec la forme prévue de chaque panneau 31, 31 ', la dite bande pré- imprégnée comprenant la fibre de verre NEG disponible dans le commerce auprès de la Nippon Electric Glass Co du Japon et la résine epoxy disponible dans le commerce_ auprès de Gook Do Chemical Co de la République de Corée Chaque panneau initialement formé 31, 31 ' est ensuite recouvert de façon étanche avec un sac en film, le dit sac en film comprenant le film Nylon 66 disponible dans le commerce auprès de Airtech Co, et est ensuite soumis à un état de vide d'environ 680 mm
de mercure ( 90666 Pa) au moyen d'une pompe à vide.
Chaque panneau recouvert avec le sac en film sous vide est alors soumis à un traitement de durcissement dans un four en fonction d'un cycle de durcissement prédéterminé Il en résulte que les panneaux supérieur etinférieur 31 et 31 ' correspondant aux conditions
mécaniques et chimiques souhaitées sont obtenus.
D'autre part, les supports de palier 13, 14, 15 et 16 et l'anneau de renfort triangulaire 35 obtenus au préalable au moyen du procédé d'enroulement de filament sont mis aux emplacements respectifs de la masse de remplissage intérieure 21 obtenue au préalable comprenant la mousse de polyuréthanne, et chacun se voit appliqué l'Epoxy Packing 2447 disponible dans le commerce auprès de IPCO Co comme agent de liaison afin d'être collé de manière fixe à la dite masse de remplissage intérieure 21 La masse de remplissage intérieure 21 pourvue des supports de palier 13, 14, 15 et 16 et de l'anneau de renfort triangulaire 35 est alors enveloppé avec les panneaux supérieur et inférieur 31 et 31 ' A ce moment là, les panneaux supérieur et inférieur 31 et 31 ' sont recouverts avec l'Epoxy Packing 2447 afin d'être collés de manière fixe l'un à l'autre et également à la dite masse de remplissage intérieure 21 Les panneaux 31 et 31 ' enfermant la masse de remplissage intérieure 21 sont alors embobinés 36 fois avec une bande pré-imprégnée ayant une largeur de environ 60 mm et comprenant de la fibre de verre et de la résine epoxy, et sont ensuite
soumis à un processus de durcissement dans un four afin-
d'obtenir un premier assemblage A la suite de cela, le premier assemblage est disposé dans la cavité 28 ' du moule 28 du système RTM représenté sur la figure 6 et est alors soumis au même processus RTM que celui de la première forme de réalisation, procurant ainsi l'élément d'enveloppe 11 sur le premier assemblage A ce moment là, les conditions du processus RTM sont les
mêmes que celles de la première forme de réalisation.
Le bras plongeur 10 en matériaux composites obtenu selon l'exemple no 3 à des propriétés similaires à celles du bras plongeur 10 de la première forme de réalisation. De plus, le bras plongeur 10 selon la présente invention peut être pourvu d'un élément antichoc/antivibration 33 au niveau de la partie de raccordement de celui-ci, au niveau de ladite partie de raccordement du dit bras plongeur 10 relié au godet d'excavation 3, de façon à augmenter la résistance au choc et la résistance à l'abrasion du bras plongeur 10 pendant l'opération d'excavation répétée L'élément antichoc/antivibration 33 comporte, comme cela est représenté sur la figure 7, une couche de caoutchouc poreux 33 ' et une paire de couches de dépôt de polyéthylène 331 " disposées respectivement sur et sous la dite couche de caoutchouc 33 ', et est monté de manière fixe sur le bras plongeur 10 au moyen de
plusieurs boulons 32.
Comme cela est représenté dans le tableau 1 suivant, le bras plongeur 10 en matériaux composites mentionné ci-dessus selon cette invention possède une résistance accrue d'environ trois fois celle du bras plongeur conventionnel en acier de construction tel que le S 541 En outre, ce bras plongeur 10 en matériaux composites réduit son propre poids par rapport au bras plongeur conventionnel en acier de construction
d'environ 50 % dans le cas de la petite capacité-
d'excavatrice et d'environ 60 % dans le cas de la grande capacité d'excavatrice Si ces réductions de poids de ce bras plongeur 10 en matériaux composites comparé au bras plongeur conventionnel en acier de construction sont converties en rapport pondéral d'une terre excavée qui signifie à son tour l'amélioration pratique de la capacité d'excavation de l'excavatrice, ce bras plongeur 10 en matériaux composites réduit son propre poids par rapport à celui du bras plongeur conventionnel d'environ 6,8 % de terre excavée dans le cas de la petite capacité d'excavatrice et d'environ 13,9 % de terre excavée dans le cas de la grande capacité d'excavatrice I 1 en résulte que le bras plongeur selon cette invention procure la même capacité d'excavation que celle du bras plongeur conventionnel en acier de construction pour les excavatrices, alors qu'il permet aux dites excavatrices d'être équipées de châssis et de capacité de moteur nécessaire relativement plus petits proportionnellement au rapport
de réduction de poids sur la base de la terre excavée.
En d'autres termes, le bras plongeur 10 en matériaux composites selon cette invention procure une amélioration de la capacité d'excavation d'environ 6,8 % à 13,9 % pour les excavatrices comparée à d'autres excavatrices équipées du bras plongeur en acier de construction conventionnel avec la même taille de châssis et la même capacité de moteur que celles des excavatrices équipées avec le bras plongeur 10 en
matériaux composites selon cette invention.
Tableau 1: Tableau de comparaison destiné à représenter les réductions de poids du bras plongeur en matériaux composites (CM D/S) comparé au bras plongeur
en acier de construction conventionnel (S 541 D/S).
classi taille S 541 D/S CM D/S réduction fication poids Wm poids Wc de poids Ws petite B/C: 0 22 m 3 102 Kg 50 Kg 52 Kg capacité W/E, W:770 Kg Wm/WZ O 132 Wc/Wm= O 5 Ws/Wz O 068 grande B/C: 0 80 m 3 650 Kg 260 Kg 390 Kg capacité W/E, W:2800 K Wm/W O z O 232 Wc/Wm= 0 4 Ws/W O z O 139 Dans le tableau B/C et W/E indiquent respectivement la capacité du godet et le poids de
terre excavée.
Comme cela a été décrit ci-dessus, le bras plongeur en matériaux composites selon cette invention procure une réduction de poids d'environ 50 à 60 % comparé au bras plongeur en acier de construction conventionnel et également d'environ 6,8 à 13,9 % comparé au bras plongeur en acier de construction conventionnel sur la base du rapport pondéral de terre excavée Il en résulte que ce bras plongeur en matériaux composites apporte une amélioration d'environ 6,8 % à 13,9 % dans la capacité d'excavation Par ailleurs, ce bras plongeur en matériaux composites apporte d'autres améliorations concernant la résistance à la corrosion, la résistance aux chocs et la résistance aux vibrations comme résultat des propriétés des matériaux composites tels que le FRP, les matériaux principaux du dit bras plongeur selon cette invention, telles que la relativement bonne résistance à la corrosion, la bonne résistance à l'abrasion et la bonne élasticité Par conséquent, la présente invention apporte l'autre avantage de procurer une excavatrice
capable d'être utilisée dans des lieux de travail.
relativement difficiles tel que pour le dragage de port.
Claims (10)
1 Bras plongeur pour une excavatrice comportant un châssis ( 1), une flèche ( 2), un godet d'excavation ( 3), des vérins de bras ( 4) et de godet ( 5) destinés chacun à transmettre la puissance d'excavation d'un circuit de commande hydraulique du dit châssis ( 1) vers le dit godet d'excavation ( 3), une bielle ( 5 '), et un bras plongeur ( 10) relié à la dite flèche ( 2) et au dit godet ( 3) à ses deux extrémités, le dit bras plongeur ( 10) étant caractérisé en ce qu'il comporte: une structure en forme de boîte comprenant: un élément d'enveloppe externe ( 11) réalisé en matériaux composites polymères de résistance élevée; et une masse de remplissage intérieure ( 21) en mousse de polyuréthanne et disposée à l'intérieur du dit élément d'enveloppe externe ( 11) afin d'être intégrée au dit élément d'enveloppe externe ( 11); et plusieurs supports de palier ( 13, 14, 15, 16) réalisés en matériau composite polymère et disposés au niveau de parties de raccordement de la dite structure en forme de boîte afin d'être intégrés à la dite
structure, le dit bras plongeur ( 10) étant relié au.
niveau des dites parties de raccordement respectivement au dit godet ( 3), à la dite flèche ( 2), aux dits vérins
de bras ( 4) et de godet ( 5) et à la dite bielle ( 5 ').
2 Bras plongeur pour une excavatrice, réalisé en matériaux composites polymères selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dite mousse de polyuréthanne ( 21 ') de la masse de remplissage intérieure ( 21) est renforcée en étant enroulée par un
renforcement en fibres ( 12).
3 Bras plongeur pour une excavatrice, réalisé en matériaux composites polymères, selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des dits supports de palier ( 13, 14, 15, 16) comporte un mandrin tubulaire métallique ( 22) et un filament continu en matériau composite polymère ( 23) enroulé sur le dit mandrin tubulaire métallique ( 22) et soumis ensuite à un traitement de durcissement, ou bien uniquement un filament continu en matériau composite polymère ( 23) obtenu en enlevant le dit mandrin tubulaire métallique
( 22) après le dit traitement de durcissement.
4 Bras plongeur pour une excavatrice, réalisé en matériaux composites polymères, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dit bras plongeur ( 10) comporte en outre: une paire d'anneaux de renfort triangulaire ( 35) disposés chacun de façon à entourer trois des dits supports de palier ( 13, 13, 14) à l'intérieur de la dite masse de remplissage intérieure ( 21), les trois supports de palier ( 13, 13, 14) étant disposés chacun à chacune des dites parties de raccordement à la dite flèche ( 2) et aux dits vérins de bras ( 4) et de godet
( 5);
des panneaux supérieur et inférieur ( 31, 31 ') formés chacun en matériaux composites polymères et disposés entre la dite masse de remplissage intérieure ( 21) et le dit élément d'enveloppe extérieur ( 11); et un rebord en ruban en matériaux composites polymères enroulée sur les dits panneaux supérieur et
inférieur ( 31, 31 ').
Bras plongeur pour une excavatrice, réalisé en matériaux composites polymères, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dit bras plongeur ( 10) comporte en outre un élément antichoc/antivibration ( 33) au niveau de ladite partie du dit bras plongeur ( 10) reliée au dit godet 3, et en ce que le dit élément antichoc/antivibration ( 33) comporte une couche de caoutchouc poreux ( 33 ') et une paire de couches de dépôt de polyéthylène ( 33 '') disposées respectivement sur et sous la dite couche de
caoutchouc poreux ( 33 ').
6 Procédé de fabrication d'un bras plongeur comportant une structure en forme de boîte comprenant un élément d'enveloppe externe ( 11) réalisé en matériaux composites polymères de résistance élevée et une masse de remplissage intérieure ( 21) en mousse de polyuréthanne et disposée à l'intérieur du dit élément d'enveloppe externe ( 11) afin d'être intégrée au dit élément d'enveloppe externe ( 11), et plusieurs supports de palier ( 13, 14, 15, 16) réalisés en matériau composite polymère et disposés au niveau de parties de raccordement respectives de la dite structure en forme de boîte afin d'être intégrés à la dite structure en forme de boîte, le dit bras plongeur ( 10) étant relié de manière respective au niveau des dites parties de raccordement respectives à un godet ( 3), à une flèche ( 2), à des vérins de bras ( 4) et de godet ( 5) et à une bielle ( 5 '), le dit procédé de fabrication comprenant les étapes de: formation de chaque support de palier ( 13, 14, 15, 16) par un processus d'enroulement de filament et formation de la dite masse de remplissage intérieure ( 21) en mousse de polyuréthanne ( 21 '); assemblage de chaque support de palier ( 13, 14, 15, 16) avec la dite masse de remplissage intérieure ( 21) afin de fournir un premier assemblage; mise en place du premier assemblage dans une cavité ( 28 ') d'un moule ( 28) d'un système de moulage par transfert de résine, et ensuite formation de la dite structure en forme de boîte par un processus de moulage par transfert de résine dans lequel le matériau polymère liquide est transféré dans le dit moule ( 28)
et un traitement de durcissement est réalisé.
7 Procédé de fabrication d'un bras plongeur en matériaux composites polymères, selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dit procédé d'enroulement de filament comprend un procédé d'enroulement circonférentiel de filament à 900 ou un procédé d'enroulement en spirale quelconque suivant un angle d'enroulement quelconque. 8 Procédé de fabrication d'un bras plongeur en matériaux composites polymères, selon la revendication 6, caractérisé en ce que la dite étape de formation de la dite masse de remplissage intérieure ( 21) comporte en outre les étapes de: formation de la dite mousse de polyuréthanne
( 21 ');
division dans le sens de la longueur de la dite mousse de polyuréthanne ( 21 ') en quatre parties; enroulement d'un renforcement en fibres ( 12) sur chacun des dits blocs de mousse de polyuréthanne ( 21 ') divisée; combinaison de tous les blocs de mousse de polyuréthanne ( 21 ') divisée pourvus chacun du renforcement en fibres dans l'état initial; et enroulement d'un renforcement en fibres ( 12)
sur la dite mousse de polyuréthanne ( 21 ') combinée.
9 Procédé de fabrication d'un bras plongeur
en matériaux composites polymères, selon la-
revendication 6, caractérisé en ce que la dite étape d'assemblage du dit premier assemblage comprend les étapes de: formation préalable d'un anneau de renfort triangulaire ( 35) par un processus d'enroulement de filament et formation d'une paire de panneaux ( 31, 31 ') par un processus de moulage au sac sous vide; mise en place du dit anneau de renfort triangulaire ( 35) sur la dite masse de remplissage intérieure ( 21) afin d'entourer une partie des dits supports de palier ( 13, 13, 14) disposés chacun au niveau de chaque partie de raccordement de la dite masse de remplissage intérieure ( 21), au niveau de chaque partie de raccordement du dit bras plongeur ( 10) raccordé à la dite flèche ( 2) et aux dits vérins de bras ( 4) et de godet ( 5); entourage de la dite masse de remplissage intérieure ( 21) avec les dits panneaux supérieur et inférieur ( 31, 31 ') et collage des dits panneaux supérieur et inférieur ( 31, 31 ') l'un à l'autre avec un agent de liaison; et formation d'un rebord sur les dits panneaux supérieur et inférieur ( 31, 31 ') selon un processus
d'enroulement de filament.
Procédé de fabrication d'un bras plongeur en matériaux composites polymères, selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dit renforcement en fibres ( 12) comporte une fibre de
verre, une fibre aramide et/ou une fibre de carbone.
11 Procédé de fabrication d'un bras plongeur en matériaux composites polymères, selon la revendication 8, caractérisé en ce que la dite étape d'enroulement du dit renforcement en fibres ( 12) sur chaque bloc de mousse de polyuréthanne ( 21 ') divisée comprend une étape de dépôt du dit renforcement en
fibres ( 12) sur deux surfaces intérieures dans le sens.
de la longueur de chaque bloc de mousse de polyuréthanne ( 21 ') divisée ou une étape d'enroulement du dit renforcement en fibres 12 sur quatre surfaces dans le sens de la longueur de chaque bloc de mousse de
polyuréthanne ( 21 ') divisée.
12 Procédé de fabrication d'un bras plongeur en matériaux composites polymères, selon la revendication 6, caractérisé en ce que les dits matériaux composites utilisés dans le dit processus de moulage par transfert de résine comprennent un mat de fibre de verre comme matériau de base et une résine vinyle ester ou une résine polyester insaturée comme
matériau principal.
13 Procédé de fabrication d'un bras plongeur en matériaux composites polymères, selon la revendication 6, caractérisé en ce que dit processus de moulage par transfert de résine utilise une pression inférieure à environ 5 105 Pa ou un état de vide à l'intérieur du moule ( 28) comme pression de transfert
de résine.
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