[0001] La présente invention concerne un actuateur pour un mécanisme d'entraînement d'au moins un élément mobile, cet actuateur comportant un moteur d'entraînement, au moins un élément applicateur de forces d'actionnement et un dispositif mécanique de couplage ayant au moins une fonction d'embrayage-débrayage monté entre ledit moteur d'entraînement et ledit élément applicateur de forces d'actionnement.
[0002] Il existe de nombreuses variantes d'actuateurs utilisés pour de nombreuses applications industrielles dans lesquelles ils sont destinés à déplacer des charges mobiles, entraîner des chariots, tracter des câbles, entraîner des arbres moteurs ou de prise de force etc. Ces actuateurs comportent habituellement un moteur d'entraînement couplé à un système d'embrayage et de débrayage, du type à friction, dont la fonction est commandée, habituellement manuellement, par un moyen de commande séparé. Si un limiteur de couple doit être associé au système, il est séparé et l'information relative au dépassement d'un couple limite, fournie par un capteur, doit être traduite et interprétée en vue d'un débrayage de l'élément applicateur de forces d'actionnement.
[0003] Dans le cadre d'une application aux câbles de chalutage en mer enroulés sur des treuils motorisés, les filets accrochés à ces câbles peuvent peser plusieurs tonnes lorsqu'ils sont remplis. La force de traction due à la résistance qui s'exerce sur les câbles peut être considérable, à cause de la charge ou d'une retenue due à des chaluts qui s'accrochent à un rocher ou à une épave. En cas de grosse mer, la résistance à l'avancement des chalutiers freinés par leurs filets, génère des risques importants pour le bateau qui peut être rattrapé par une grosse vague, privé d'une grande part de sa manceuvrabilité, ralenti par les filets et mis en difficulté, voire coulé en quelques instants. Cette situation est bien connue des marins pêcheurs, mais aucune solution fiable n'existe à ce jour pour réduire ou supprimer ce risque.
Libérer le câble de halage au moyen d'un embrayage nécessite une intervention humaine, des manoeuvres lourdes et lentes, alors que la situation à risques se présente très brutalement et que le personnel, souvent surpris par les événements, ne dispose pas du temps nécessaire pour évaluer le danger et intervenir efficacement et à temps. En outre, les dispositifs d'embrayage qui couplent le moteur au tambour d'enroulement du câble sont du type à friction et se commandent manuellement, une telle manipulation lente étant incompatible avec la notion d'intervention urgente. Enfin, les limiteurs de couple sont totalement inexistants sur ce type d'installation, alors que c'est précisément un tel équipement qui permettrait de réagir dans l'urgence pour éviter les conséquences d'une surcharge ou d'un blocage du chalut.
Le problème est encore plus crucial lorsque le treuil comporte deux, voire plusieurs tambours, chaque tambour étant obligatoirement motorisé, car il est actuellement impossible de gérer deux chaluts avec un seul moteur.
[0004] Le problème des câbles de chalutage en mer peut se retrouver d'une manière sensiblement similaire dans différents autres domaines. Chaque fois qu'un mécanisme est couplé à une charge au moyen d'une prise de force, et qu'il existe un risque de blocage en raison d'une surcharge ou d'une résistance inopinée, le couplage devrait être effectué par l'intermédiaire d'un embrayage permettant de découpler rapidement la prise de force et par un dispositif limiteur de couple agissant sur l'embrayage, en vue de débrayer immédiatement la prise de force dès que le couple dépasse un seuil limite prédéterminé.
[0005] Ce problème peut surgir sur des élévateurs ou des systèmes à crémaillère pour le déplacement de charges, notamment sur des chantiers de construction, des installations minières ou similaires.
[0006] Il n'existe actuellement aucun dispositif simple permettant d'assurer simultanément les fonctions d'embrayage-débrayage, de freinage et de limiteur du couple d'un tambour, d'un arbre de prise de force, d'un arbre d'hélice ou d'un quelconque mécanisme d'entraînement. Tous les dispositifs existants sont basés sur la combinaison de plusieurs composants comprenant un moteur d'entraînement, un embrayage à friction ou similaire et, le cas échéant, un limiteur de couple indépendant couplé aux autres composants.
[0007] La présente invention se propose de pallier les inconvénients susmentionnés dus à une surcharge exercée sur un élément applicateur de forces d'actionnement, notamment sur un câble qui est agencé pour tracter une charge, cette charge exerçant un couple sur le câble ou sur un arbre d'entraînement en mouvement ou similaire.
[0008] A cet effet, l'invention propose un dispositif qui permet de définir un seuil limite d'un couple au-delà duquel une prise de force est automatiquement découplée de l'élément applicateur de forces d'actionnement qu'il est chargé d'entraîner, pour éviter des dégâts, voire des accidents dus à la rupture de composants mécaniques lorsque la prise de force reste couplée directement audit élément, alors que le couple appliqué dépasse les limites de la résistance mécanique de ces composants ou lorsqu'un obstacle bloque la prise de force.
[0009] Ce but est atteint par un actuateur selon l'invention tel que défini en préambule et caractérisé en ce que ledit dispositif mécanique de couplage comporte des moyens réglables pour définir un seuil limite prédéterminé du couple appliqué audit élément applicateur de forces d'actionnement, ces moyens étant agencés pour permettre le débrayage automatique du couplage entre ledit moteur d'entraînement et ledit élément applicateur de forces d'actionnement lorsque ledit seuil limite est dépassé.
[0010] Selon une forme de réalisation préférée, ledit dispositif mécanique de couplage comporte un premier bloc monté sur un arbre de sortie dudit moteur d'entraînement et librement rotatif par rapport à ce dernier, et un second bloc qui est monté en prise avec ledit arbre de sortie dudit moteur d'entraînement, au moins une série de goupilles disposées dans l'un desdits premier ou second blocs, et au moins une série d'évidements ménagés dans le second bloc ou ledit premier bloc, lesdites goupilles étant agencées pour coopérer avec lesdits évidements pour assurer le couplage ou le découplage dudit premier bloc et dudit second bloc, le second bloc étant coulissant de manière à se déplacer axialement en direction du premier bloc ou dans le sens opposé pour s'éloigner de ce premier bloc,
et lesdits moyens réglables pour définir un seuil limite prédéterminé du couple comportant des moyens pour définir l'écartement relatif dudit premier bloc et dudit second bloc.
[0011] De façon avantageuse, les moyens réglables pour définir un seuil limite prédéterminé du couple comportent une vie sans fin agencée pour entraîner en rotation un pignon couplé à un dispositif agencé pour déplacer axialement ledit second bloc.
[0012] Ledit dispositif agencé pour déplacer axialement ledit second bloc comporte de préférence une denture du pignon qui est vissée sur un filetage ménagé sur une face intérieure d'un élément cylindrique solidaire d'une pièce fixe portant ledit second bloc mobile axialement par rapport audit élément cylindrique.
[0013] Ledit dispositif agencé pour déplacer axialement ledit second bloc peut comportor une denture d'une couronne dentée et au moins un couple de crémaillères circulaires, respectivement solidaires de ladite couronne dentée et dudit second bloc, ces couples de crémaillères étant agencés pour coopérer en vue d'assurer le déplacement linéaire dudit second bloc.
[0014] Dans une variante de réalisation, l'actuateur mécanique comporte deux premiers blocs et deux seconds blocs et le dispositif agencé pour déplacer axialement lesdits seconds blocs comporte une denture d'une couronne dentée et deux couples de crémaillères circulaires, respectivement solidaires de ladite couronne dentée et desdits seconds blocs, ces couples de crémaillères étant agencés pour coopérer en vue d'assurer le déplacement linéaire desdits seconds blocs.
[0015] De préférence, les évidements ménagés dans le second bloc ont un profil en forme de dièdre composé de deux rampes inclinées qui se rejoignent dans la partie centrale la plus profonde.
[0016] Dans la forme de réalisation préférée, l'arbre de sortie dudit moteur comporte une zone pourvue de cannelures en prise avec ledit second bloc de manière à pouvoir coulisser axialement le long de cette zone.
[0017] Selon la variante de réalisation, ledit premier bloc librement rotatif par rapport à l'arbre de sortie dudit moteur d'entraînement peut être solidaire d'une poulie d'enroulement d'un câble ou similaire d'un treuil de traction d'une charge, ou d'un engrenage agencé pour coopérer avec une crémaillère d'un monte-charge ou similaire, ledit second bloc étant solidaire avec ledit arbre de sortie dudit moteur d'entraînement.
[0018] L'actuateur mécanique de l'invention peut avantageusement comporter un premier ensemble comprenant un premier bloc monté sur un arbre de sortie dudit moteur d'entraînement et librement rotatif par rapport à ce dernier et un second bloc qui est monté en prise avec ledit arbre de sortie, ledit second bloc étant coulissant de manière à se déplacer axialement en direction du premier bloc ou dans le sens contraire pour s'éloigner de ce premier bloc, ledit premier bloc ài ledit second bloc comportant des moyens de couplage pour coupler le premier et le second bloc ou pour découpler les deux blocs en fonction de la position axiale dudit second bloc par rapport audit premier bloc,
et un second ensemble comprenant un premier bloc monté sur un arbre de sortie dudit moteur d'entraînement et librement rotatif par rapport à ce dernier et un second bloc qui est monté en prise avec ledit arbre de sortie, ledit second bloc étant coulissant de manière à se déplacer axialement en direction du premier bloc ou dans le sens contraire pour s'éloigner du premier bloc, et lesdits premier et second blocs comportant des moyens de couplage pour coupler le premier et le second bloc ou pour découpler les deux blocs en fonction de la position axiale dudit second bloc par rapport audit premier bloc, les deux ensembles étant couplés par une pièce centrale de liaison.
[0019] De préférence, ladite pièce centrale de liaison comprend principalement une couronne dentée en prise avec une vis sans fin montée dans le prolongement d'un axe d'entraînement.
[0020] Ledit premier ensemble et ledit second ensemble sont avantageusement montés dans une carcasse rotative qui contient les moyens de couplage servant d'embrayage-débrayage, cette carcasse rotative étant rigidement liée à une couronne dentée en prise avec un pignon monté sur l'arbre de sortie du moteur d'entraînement.
[0021] Ladite carcasse rotative peut être montée sur un arbre porté par un support et portant deux tambours d'enroulement d'un lien souple, disposés de part et d'autre de ladite carcasse rotative.
[0022] De façon avantageuse, ledit moteur d'entraînement est fixé rigidement audit support.
[0023] La présente invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée de formes de réalisation préférées de l'actuateur, en référence aux dessins annexés donnés à titre indicatif et non limitatif, dans lesquels:
<tb>la fig. 1A <sep>représente une vue en coupe axiale représentant un actuateur selon l'invention, appliqué à une poulie, notamment d'un treuil simple, cet actuateur étant dans une première position embrayée,
<tb>la fig. 1B <sep>représente une vue en coupe axiale représentant l'actuateur selon l'invention de la fig. 1, appliqué à une poulie, notamment d'un treuil simple, cet actuateur étant dans une deuxième position débrayée,
<tb>la fig. 2 <sep>est une vue similaire à celle de la fig. 1B, dans laquelle la poulie du treuil simple est remplacée par un engrenage d'un élévateur à crémaillère,
<tb>la fig. 3 <sep>est une vue en perspective illustrant l'axe d'entrainement de l'actuateur des fig. 1et 2
<tb>la fig. 4 <sep>est une vue en perspective illustrant une partie d'un dispositif mécanique de couplage de l'actuateur des fig. 1 et 2selon l'invention,
<tb>la fig. 5A <sep>représente une vue en perspective de l'actuateur de l'invention utilisé pour former un treuil double,
<tb>la fig. 5B <sep>représente une vue en élévation du treuil double de la fig. 5A,
<tb>la fig. 5C <sep>est une vue en coupe axiale du treuil double des fig. 5A et 5B,
<tb>la fig. 5D <sep>est une vue en coupe illustrant le dispositif mécanique de couplage ayant au moins une fonction d'embrayage-débrayage, du treuil double des fig. 5Aà 5C, et
<tb>la fig. 5E <sep>est une vue en perspective illustrant une partie du dispositif mécanique de couplage de la fig. 5D.
[0024] En référence aux fig. 1A et 1B, l'actuateur 10 pour l'entraînement d'au moins un élément mobile, comporte un moteur d'entraînement 11, au moins un élément applicateur 12 de forces d'actionnement et un dispositif mécanique de couplage 13 ayant au moins une fonction d'embrayage-débrayage, monté entre ledit moteur d'entraînement 11 et ledit élément applicateur 12 de forces d'actionnement.
[0025] Dans l'exemple illustré, l'application concerne un treuil simple, l'élément mobile étant un lien souple, par exemple un câble ou une corde (non représentés) et l'élément 12 applicateur de forces d'actionnement étant une poulie 14 pourvue d'une gorge 15 d'enroulement du lien souple. Le moteur 11 est couplé à un arbre d'entraînement 16 qui porte la poulie 14, montée sur des roulements 17 et 18 à billes ou à rouleaux ou similaires. De cette manière, la poulie 14, bien qu'entraînée par le moteur 11, n'est pas directement couplée à l'arbre d'entraînement 16, mais par l'intermédiaire du dispositif mécanique de couplage 13 et peut être couplée ou découplée, sachant que ledit dispositif mécanique ce couplage 13 a au minimum une fonction d'embrayage et de débrayage.
[0026] Ce dispositif mécanique de couplage 13 comprend un premier bloc 20 monté sur l'arbre d'entraînement 16 par l'intermédiaire d'un roulement 17 et solidaire de la poulie 14, et un second bloc 21 qui est monté en prise avec des cannelures 16a d'un renflement central 16b de l'arbre d'entraînement 16. Ce second bloc 21 est coulissant de manière à se déplacer axialement en direction du premier bloc 20 ou dans le sens contraire pour s'éloigner de ce premier bloc 20. Ledit premier bloc 20 comporte une série de goupilles 22 qui sont logées dans des alésages cylindriques 23 et sollicitées par des ressorts 24.
Les goupilles 22 sont avantageusement disposées sur au moins un cercle et les têtes de ces goupilles 22 sont, dans la position relative des deux blocs 20 et 21 telle que représentée par la fig. 1, engagées dans des évidements 25 ménagés dans le second bloc 21. Les évidements 25 peuvent avoir des profils particuliers pour assurer un blocage en position des goupilles 22 dans les évidements ou assurer un freinage progressif en fonction de la pression exercée par les ressorts 24.
[0027] Le déplacement relatif du second bloc 21 par rapport au premier bloc 20 est réalisé par une vis sans fin 26 en prise avec une denture 27 d'un pignon 28 vissé sur un filetage 29 ménagé sur une face intérieure d'un élément cylindrique 30 solidaire d'une pièce sensiblement circulaire 31 qui est appliquée contre une face frontale du moteur 11. De cette manière, une rotation de la vis sans fin 26 engendre une rotation du pignon 28 qui provoque un déplacement axial de ce pignon et du second bloc 21 qui est rendu solidaire du pignon 28 par un roulement 32. Cet agencement constitue lesdits moyens réglables pour définir un seuil limite prédéterminé du couple appliqué audit élément applicateur 12 de forces d'actionnement.
Ces moyens sont agencés pour permettre de débrayer automatiquement le couplage entre le moteur d'entraînement 11 et l'élément applicateur 12 de forces d'actionnement lorsque ledit seuil limite est dépassé. En effet, selon l'écartement des deux blocs 20 et 21, la force exercée par les ressorts 24 sur les goupilles 22 sera plus ou moins importante, de sorte que la force nécessaire pour découpler les deux blocs sera plus ou moins grande. Le réglage du seuil limite du couple peut être effectué avec précision, par exemple si chaque tour de la vis sans fin 26 engendre un déplacement très faible du second bloc 21. Le dispositif mécanique de couplage 13 comporte en outre un corps constitué de l'élément cylindrique 30, de l'élément circulaire 31 et d'une pièce annulaire 33 dans laquelle est logée la vis sans fin 26.
[0028] La fig. 1B représente l'actuateur 10 dans une position dans laquelle le moteur d'entraînement 11 est découplé de l'élément applicateur 12 de forces d'actionnement, en l'occurrence de la poulie 14. Les têtes des goupilles 22 sont hors des évidements 25, de sorte que le premier bloc 20 est découplé du second bloc 21. Le moteur 11 peut tourner librement sans entraîner le lien souple (non représenté) enroulé sur la poulie 14. Cet état est réalisé par actionnement de la vis sans fin 26, soit manuellement, soit par une intervention mécanique commandée. Ce débrayage est effectué manuellement pour permettre oe procéder à une intervention, de préférence en cas d'urgence, sur l'élément applicateur 12 de forces d'actionnement sans arrêter le moteur d'entraînement.
[0029] Une position intermédiaire entre celle de la fig. 1A et celle de la fig. 1B peut être atteinte en fonction de la force de freinage que l'on veut obtenir entre le premier bloc 20 et le second bloc 21, c'est-à-dire le seuil limite du couple que l'on veut définir pour commander la fonction de débrayage automatique du dispositif mécanique de couplage 13, en cas de nécessité.
[0030] En résumé, selon le seuil de couple préréglé grâce aux moyens réglables pour définir un seuil limite de débrayage comprenant la vis sans fin 26, le débrayage s'effectue automatiquement en cas de besoin, pour des raisons de sécurité par exemple ou suite à un blocage accidentel de l'élément applicateur 12 de forces d'actionnement. Toutefois, le débrayage peut également être effectué manuellement en cas de besoin, toujours grâce aux moyens réglables pour définir un seuil limite de débrayage comprenant la vis sans fin 26. Dans ce cas, la vis sans fin 26 est tournée jusqu'à ce que les goupilles 22 sortent complètement des évidements 25 et déconnectent le moteur d'entraînement 11.
[0031] La fig. 2 est une vue similaire à celle de la fig. 1B, dans laquelle la poulie 14 est remplacée par un engrenage 40 pourvu de dents 41, destiné à coopérer avec une crémaillère (non représentée) d'un élévateur, d'un monte-charge, d'un wagonnet de transport, notamment dans les exploitations minières, ou similaire.
[0032] L'arbre d'entraînement 16 est représenté en perspective par la fig. 3. Il comporte une zone centrale 16b pourvue des cannelures 16a et deux segments cylindriques 16c et 16d qui ont sensiblement le même diamètre. La zone centrale 16b pourvue de cannelures assure l'entraînement en rotation dudit second bloc 21, mais autorise le coulissement axial de ce dernier pendant la rotation en vue de rapprocher ou d'éloigner les deux blocs 20 et 21 afin de découpler, le cas échéant, la poulie de l'entraînement du moteur 11. Le segment 16d est pourvu d'une gorge annulaire 16n qui permet un clavetage pour assurer le couplage avec le moteur 16.
Le segment 16c sert de support aux roulements 17 et 18 sur lesquels sont montés respectivement l'élément applicateur 12 de forces d'actionnement et le premier bloc 20, ces deux composants étant susceptibles de tourner librement par rapport à ce segment d'arbre d'entraînement.
[0033] La fig. 4 représente une vue en perspective illustrant en particulier la face frontale du second bloc 21 comportant deux rangées 42 et 43 d'évidements 25 destinés à recevoir les têtes des goupilles 22. Ces évidements 25 ont un profil en forme de dièdre composé de deux rampes inclinées qui se rejoignent dans la partie centrale la plus profonde. Les têtes des goupilles 22 sont poussées par les ressorts 24 vers le fond des évidements 25. Selon l'inclinaison des rampes et la contrainte exercée par les ressorts, le mécanisme de couplage permettra un débrayage plus ou moins rapide en cas de retenue de l'élément applicateur 12 de forces d'actionnement. Le nombre de rangées 42 et 43 et le nombre d'évidements 25 dans chaque rangée est variable selon les applications. Le nombre des goupilles peut être adapté.
[0034] Les fig. 5A et 5B représentent une forme de réalisation de l'actuateur 10 utilisé pour former un treuil double, ledit treuil double 100 étant équipé de deux tambours 50 d'enroulement d'un lien souple, par exemple un câble (non représenté), ces tambours 50 étant couplés à un seul moteur d'entraînement 51 par l'intermédiaire d'un dispositif mécanique de couplage 52, ayant au moins une fonction d'embrayage-débrayage, associée à une fonction de limiteur de couple.
L'entraînement du dispositif mécanique de couplage 52 par le moteur d'entraînement 51 est effectué par l'intermédiaire d'un pignon 53 directement monté sur l'arbre de sortie 54 du moteur d'entraînement 51 et d'une couronne dentée 55 solidaire d'une carcasse rotative 56 qui contient le dispositif mécanique de couplage 52 servant d'embrayage-débrayage, sensiblement semblable à celui représenté par les fig. 1 et 2. La carcasse rotative 56 est montée sur des segments d'arbres 170 qui portent chacun un des tambours 50 d'enroulement du lien souple, disposés de part et d'autre de la carcasse rotative 56.
[0035] Le treuil double 100 ainsi formé peut être monté sur un support 57 qui est fixé sur un élément porteur (non représenté), tel que par exemple un bateau de pêche, un véhicule forestier, une remorque agricole ou similaire. Le moteur est plus ou moins puissant selon les applications et le couplage mécanique du pignon 53 et de la couronne dentée 54 peut être remplacé par un ensemble d'engrenages de démultiplication ou un réducteur de vitesse par exemple, si l'application le nécessite.
[0036] La fig. 5C représente une vue similaire à celle de la figure 5B, mais dans laquelle le dispositif mécanique de couplage 52 du treuil double 100 est vu en coupe longitudinale.
[0037] Les fig. 5D et 5E illustrent plus en détail ce dispositif mécanique de couplage 52. Il se compose, dans ce cas, de deux dispositifs 113 sensiblement similaires au dispositif mécanique de couplage 13 des figures 1A et 1B. Chacun des dispositifs 113 comprend, d'une part, un premier ensemble pourvu d'un premier bloc 120 et d'un second bloc 121 et, d'autre part, un second ensemble comprenant également un premier bloc 120 et un second bloc 121. Ces deux dispositifs 113 (voir fig. 5E) sont couplés par une pièce centrale de liaison 160 qui comprend principalement une couronne dentée 161 en prise avec une vis sans fin 162 montée dans le prolongement d'un axe d'entraînement 163 (voir fig. 5A), qui peut être actionné manuellement, par exemple au moyen d'une clé.
La rotation de la vis sans fin 162, qui génère une rotation de la couronne dentée 161, a pour effet de déplacer dans des directions opposées les deux seconds blocs 121 disposés de part et d'autre de ladite couronne dentée 161, grâce à deux couples de crémaillères circulaires 164 et 165, respectivement solidaires de ladite couronne dentée 161 et desdits seconds blocs 121, ces couples de crémaillères étant agencés pour coopérer en vue d'assurer le déplacement linéaire desdits seconds blocs 121 qui peuvent, soit se rapprocher, soit s'éloigner de la couronne dentée 161.
Ces déplacements ont pour effet de dégager ponctuellement les goupilles 122 des évidements 125 des seconds blocs 121, en vue de libérer, si nécessaire, les deux treuils ainsi formés sous l'effet d'une traction sur le câble supérieure à une valeur déterminée correspondant à un couple limite. Le débrayage-freinage peut être réalisé automatiquement grâce aux goupilles 122 dont la rétraction à rencontre des ressorts 124 s'effectue dès que le couple limite est dépassé. La fonction d'embrayage-débrayage est individuelle et peut être activée pour chacun des treuils de façon indépendante. On notera que, de ce fait, un seul moteur d'entraînement peut être couplé à ces deux treuils qui peuvent être découplés individuellement si une valeur de seuil de la force appliquée au câble tracté est atteinte ou dépassée.
[0038] Selon cette construction, la carcasse 56 est directement équipée de la couronne dentée 55 qui assure le couplage avec le moteur d'entrainement 51. L'ensemble est tournant, mais chaque tambour garde son autonomie en permettant un débrayage, voire un freinage, en cas de dépassement du couple exercé par le câble qu'il tracte.
[0039] Bien d'autres applications sont envisageables et plusieurs variantes de construction sont possibles. L'actuateur des fig. 1A et 1B pourrait être envisagé pour sécuriser les lignes d'arbres des moteurs de bateaux lorsque l'hélice est bloquée par un cordage, une chaîne ou un fil métallique ou tout autre objet susceptible d'arrêter sa libre rotation. Ce même actuateur pourrait être utilisé pour sécuriser les prises de force d'engins agricoles ou de machines de chantier.
The present invention relates to an actuator for a drive mechanism of at least one movable member, the actuator comprising a drive motor, at least one actuating force applicator element and a mechanical coupling device having at least one minus a clutch-clutch function mounted between said driving motor and said driving force applicator element.
There are many variants of actuators used for many industrial applications in which they are intended to move mobile loads, drive trolleys, pull cables, drive motor shafts or PTO etc. These actuators usually comprise a drive motor coupled to a clutch and clutch system, the friction type, whose function is controlled, usually manually, by a separate control means. If a torque limiter is to be associated with the system, it is separated and the information relating to the exceeding of a limiting torque, provided by a sensor, must be translated and interpreted in order to disengage the force applicator element actuating.
In the context of an application to offshore trawling cables wound on motorized winches, the nets hooked to these cables can weigh several tons when they are filled. The tensile force due to the resistance on the cables can be considerable because of the load or restraint caused by trawls that cling to a rock or wreck. In case of big sea, the resistance to the progress of the trawlers braked by their nets, generates important risks for the boat which can be caught by a big wave, deprived of a large part of its maneuverability, slowed by the nets and put in difficulty, even sunk in a few moments. This situation is well known to fishermen, but no reliable solution exists to date to reduce or eliminate this risk.
Freeing the hauling cable by means of a clutch requires a human intervention, heavy and slow maneuvers, whereas the situation at risk is presented very brutally and that the personnel, often surprised by the events, does not have the necessary time to assess the danger and intervene effectively and on time. In addition, the clutch devices that couple the motor to the cable winding drum are friction type and are manually controlled, such slow handling is incompatible with the concept of urgent intervention. Finally, the torque limiters are totally non-existent on this type of installation, whereas it is precisely such equipment that would react urgently to avoid the consequences of overloading or blocking the trawl.
The problem is even more crucial when the winch has two or more drums, each drum being necessarily motorized, because it is currently impossible to manage two trawls with a single engine.
[0004] The problem of offshore trawling cables can be found in a substantially similar manner in various other areas. Whenever a mechanism is coupled to a load by means of a power take-off, and there is a risk of blockage due to unexpected overload or resistance, coupling should be performed by the intermediate clutch for quickly decoupling the power take-off and a torque limiting device acting on the clutch, to immediately disengage the PTO as soon as the torque exceeds a predetermined threshold limit.
This problem can arise on elevators or rack systems for moving loads, especially on construction sites, mining facilities or the like.
There is currently no simple device to simultaneously perform the functions of clutch-disengagement, braking and limiting the torque of a drum, a PTO shaft, a shaft d propeller or any drive mechanism. All existing devices are based on the combination of several components including a drive motor, a friction clutch or the like and, where appropriate, an independent torque limiter coupled to the other components.
The present invention proposes to overcome the aforementioned drawbacks due to an overload exerted on an actuator element driving forces, including a cable which is arranged to tow a load, the load exerting a torque on the cable or on a moving drive shaft or the like.
For this purpose, the invention proposes a device which makes it possible to define a limit threshold of a torque beyond which a power take-off is automatically decoupled from the actuating force applicator element that it is loaded with. to cause, to avoid damage, even accidents due to the breakage of mechanical components when the PTO remains coupled directly to said element, when the applied torque exceeds the limits of the mechanical strength of these components or when an obstacle blocks the PTO.
This object is achieved by an actuator according to the invention as defined in the preamble and characterized in that said mechanical coupling device comprises adjustable means for defining a predetermined limit threshold of the torque applied to said actuating force applicator element. these means being arranged to allow the automatic disengagement of the coupling between said drive motor and said actuating force applicator element when said limit threshold is exceeded.
According to a preferred embodiment, said mechanical coupling device comprises a first block mounted on an output shaft of said drive motor and freely rotatable relative to the latter, and a second block which is mounted in engagement with said an output shaft of said drive motor, at least one set of pins disposed in one of said first or second blocks, and at least one set of recesses in the second block or said first block, said pins being arranged to cooperate with each other; with said recesses for coupling or decoupling said first block and said second block, the second block being slidable so as to move axially towards the first block or in the opposite direction to move away from said first block,
and said adjustable means for defining a predetermined limit threshold of the torque having means for defining the relative spacing of said first block and said second block.
Advantageously, the adjustable means for defining a predetermined limit threshold of the torque comprise an endless life arranged to drive in rotation a pinion coupled to a device arranged to move axially said second block.
Said device arranged to move axially said second block preferably comprises a toothing of the pinion which is screwed on a thread formed on an inner face of a cylindrical member secured to a fixed part carrying said second movable block axially relative to said cylindrical element.
Said device arranged to move axially said second block may comprise a toothing of a ring gear and at least a pair of circular racks, respectively integral with said ring gear and said second block, these pairs of racks being arranged to cooperate in to ensure the linear displacement of said second block.
In an alternative embodiment, the mechanical actuator comprises two first blocks and two second blocks and the device arranged to move axially said second blocks comprises a toothing of a ring gear and two pairs of circular racks respectively integral with said toothed crown and said second blocks, these pairs of racks being arranged to cooperate to ensure the linear displacement of said second blocks.
Preferably, the recesses in the second block have a dihedral profile composed of two inclined ramps which meet in the deepest central part.
In the preferred embodiment, the output shaft of said motor comprises an area provided with grooves engaged with said second block so as to slide axially along this zone.
According to the variant embodiment, said first freely rotatable block with respect to the output shaft of said drive motor may be integral with a winding pulley of a cable or the like of a traction traction winch. a load, or a gear arranged to cooperate with a rack of a freight elevator or the like, said second block being integral with said output shaft of said drive motor.
The mechanical actuator of the invention may advantageously comprise a first assembly comprising a first block mounted on an output shaft of said drive motor and freely rotatable relative to the latter and a second block which is engaged with said output shaft, said second block being slidable so as to move axially towards the first block or in the opposite direction to move away from said first block, said first block to said second block having coupling means for coupling the first block; first and second blocks or to decouple the two blocks as a function of the axial position of said second block with respect to said first block,
and a second assembly comprising a first block mounted on an output shaft of said drive motor and freely rotatable relative thereto and a second block which is engaged with said output shaft, said second block being slidable so as to moving axially towards the first block or in the opposite direction to move away from the first block, and said first and second blocks having coupling means for coupling the first and second blocks or decoupling the two blocks depending on the axial position of said second block relative to said first block, the two sets being coupled by a central connecting piece.
Preferably, said central connecting piece mainly comprises a ring gear engaged with a worm mounted in the extension of a drive shaft.
Said first set and said second set are advantageously mounted in a rotary casing which contains the clutch-clutch coupling means, said rotatable casing being rigidly connected to a ring gear engaged with a pinion mounted on the shaft. output of the drive motor.
Said rotatable carcass can be mounted on a shaft carried by a support and carrying two winding drums of a flexible link, arranged on either side of said rotary carcass.
Advantageously, said drive motor is rigidly fixed to said support.
The present invention and its advantages will be better understood on reading the detailed description of preferred embodiments of the actuator, with reference to the accompanying drawings given by way of indication and not limitation, in which:
<tb> fig. 1A <sep> represents a view in axial section showing an actuator according to the invention, applied to a pulley, in particular a simple winch, this actuator being in a first engaged position,
<tb> fig. 1B <sep> represents an axial sectional view showing the actuator according to the invention of FIG. 1, applied to a pulley, in particular a single winch, this actuator being in a second disengaged position,
<tb> fig. 2 <sep> is a view similar to that of FIG. 1B, in which the single winch pulley is replaced by a gear of a rack elevator,
<tb> fig. 3 <sep> is a perspective view illustrating the driving axis of the actuator of FIGS. 1 and 2
<tb> fig. 4 <sep> is a perspective view illustrating a portion of a mechanical coupling device of the actuator of FIGS. 1 and 2 according to the invention,
<tb> fig. 5A <sep> represents a perspective view of the actuator of the invention used to form a double winch,
<tb> fig. 5B <sep> represents an elevational view of the double winch of FIG. 5A,
<tb> fig. 5C <sep> is an axial sectional view of the double winch of FIGS. 5A and 5B,
<tb> fig. 5D <sep> is a sectional view illustrating the mechanical coupling device having at least one clutch-disengagement function, the double winch of FIGS. 5A to 5C, and
<tb> fig. 5E <sep> is a perspective view illustrating a portion of the mechanical coupling device of FIG. 5D.
[0024] Referring to FIGS. 1A and 1B, the actuator 10 for driving at least one movable element, comprises a drive motor 11, at least one actuating force applicator element 12 and a mechanical coupling device 13 having at least one clutch-clutch function, mounted between said drive motor 11 and said actuating force applicator element 12.
In the illustrated example, the application relates to a simple winch, the movable member being a flexible link, for example a cable or a rope (not shown) and the actuating force element 12 being a pulley 14 provided with a groove 15 for winding the flexible link. The motor 11 is coupled to a drive shaft 16 which carries the pulley 14, mounted on bearings 17 and 18 with balls or rollers or the like. In this way, the pulley 14, although driven by the motor 11, is not directly coupled to the drive shaft 16, but through the mechanical coupling device 13 and can be coupled or decoupled, knowing that said mechanical device 13 coupling has at least a clutch and disengagement function.
This mechanical coupling device 13 comprises a first block 20 mounted on the drive shaft 16 by means of a bearing 17 and secured to the pulley 14, and a second block 21 which is engaged with splines 16a of a central bulge 16b of the drive shaft 16. This second block 21 is slidable so as to move axially towards the first block 20 or in the opposite direction to move away from this first block 20 Said first block 20 comprises a series of pins 22 which are housed in cylindrical bores 23 and urged by springs 24.
The pins 22 are advantageously arranged on at least one circle and the heads of these pins 22 are, in the relative position of the two blocks 20 and 21 as shown in FIG. 1, engaged in recesses 25 formed in the second block 21. The recesses 25 may have particular profiles to ensure a locking in position of the pins 22 in the recesses or provide progressive braking as a function of the pressure exerted by the springs 24.
The relative displacement of the second block 21 relative to the first block 20 is achieved by a worm 26 meshing with a toothing 27 of a pinion 28 screwed onto a thread 29 formed on an inner face of a cylindrical member 30 integral with a substantially circular piece 31 which is applied against a front face of the motor 11. In this way, a rotation of the worm 26 causes a rotation of the pinion 28 which causes an axial displacement of the pinion and the second block 21 which is made integral with the pinion 28 by a bearing 32. This arrangement constitutes said adjustable means for defining a predetermined limit threshold of the torque applied to said applicator element 12 of actuating forces.
These means are arranged to automatically disengage the coupling between the drive motor 11 and the applicator element 12 actuating forces when said threshold is exceeded. Indeed, according to the spacing of the two blocks 20 and 21, the force exerted by the springs 24 on the pins 22 will be more or less important, so that the force required to decouple the two blocks will be greater or smaller. The adjustment of the limit threshold of the torque can be carried out with precision, for example if each revolution of the worm 26 generates a very small displacement of the second block 21. The mechanical coupling device 13 furthermore comprises a body consisting of the element cylindrical 30, the circular element 31 and an annular piece 33 in which is housed the worm 26.
Fig. 1B shows the actuator 10 in a position in which the driving motor 11 is decoupled from the actuating element 12, in this case the pulley 14. The heads of the pins 22 are out of the recesses 25 , so that the first block 20 is decoupled from the second block 21. The motor 11 can rotate freely without causing the flexible link (not shown) wound on the pulley 14. This state is achieved by actuating the worm 26, either manually, either by a controlled mechanical intervention. This disengagement is done manually to enable an intervention, preferably in an emergency, on the applicator element 12 of actuating forces without stopping the drive motor.
An intermediate position between that of FIG. 1A and that of FIG. 1B can be reached depending on the braking force that is to be obtained between the first block 20 and the second block 21, that is to say the limit threshold of the torque that is to be defined to control the function automatic disengagement of the mechanical coupling device 13, if necessary.
In summary, according to the preset torque threshold through the adjustable means to define a limit threshold clutch including the worm 26, the disengagement is automatically performed when necessary, for security reasons for example or more accidental blocking of the applicator element 12 of actuating forces. However, the clutch can also be carried out manually if necessary, still thanks to the adjustable means to define a limit threshold declutching including the worm 26. In this case, the worm 26 is rotated until the pins 22 come out completely from the recesses 25 and disconnect the drive motor 11.
FIG. 2 is a view similar to that of FIG. 1B, wherein the pulley 14 is replaced by a gear 40 provided with teeth 41, intended to cooperate with a rack (not shown) of an elevator, a freight elevator, a transport car, in particular in the mining, or similar.
The drive shaft 16 is shown in perspective in FIG. 3. It comprises a central zone 16b provided with splines 16a and two cylindrical segments 16c and 16d which have substantially the same diameter. The central zone 16b provided with splines ensures the rotational drive of said second block 21, but allows the axial sliding of the latter during rotation in order to move the two blocks 20 and 21 closer or further away in order to decouple, as the case may be , the pulley of the motor drive 11. The segment 16d is provided with an annular groove 16n which allows a keying to ensure the coupling with the motor 16.
The segment 16c serves as a support for the bearings 17 and 18 on which the actuating element 12 and the first block 20 are respectively mounted, these two components being able to rotate freely with respect to this segment of the shaft. training.
FIG. 4 represents a perspective view illustrating in particular the front face of the second block 21 having two rows 42 and 43 of recesses 25 for receiving the heads of the pins 22. These recesses 25 have a dihedral profile composed of two inclined ramps that meet in the deepest central part. The heads of the pins 22 are pushed by the springs 24 towards the bottom of the recesses 25. According to the inclination of the ramps and the stress exerted by the springs, the coupling mechanism will allow a more or less rapid disengagement in case of restraint of the applicator element 12 of actuating forces. The number of rows 42 and 43 and the number of recesses 25 in each row is variable according to the applications. The number of pins can be adapted.
Figs. 5A and 5B show an embodiment of the actuator 10 used to form a double winch, said double winch 100 being equipped with two winding drums 50 of a flexible link, for example a cable (not shown), these drums 50 being coupled to a single drive motor 51 via a mechanical coupling device 52, having at least one clutch-disengagement function, associated with a torque limiter function.
The drive of the mechanical coupling device 52 by the drive motor 51 is effected by means of a pinion 53 directly mounted on the output shaft 54 of the drive motor 51 and a toothed ring gear 55. a rotary casing 56 which contains the mechanical coupling device 52 serving as clutch-disengagement, substantially similar to that shown in Figs. 1 and 2. The rotary casing 56 is mounted on segments of shafts 170 which each carry one of the winding drums 50 of the flexible link, arranged on either side of the rotary casing 56.
The double winch 100 thus formed can be mounted on a support 57 which is fixed on a carrier element (not shown), such as for example a fishing boat, a forestry vehicle, an agricultural trailer or the like. The motor is more or less powerful according to the applications and the mechanical coupling of the pinion 53 and the ring gear 54 can be replaced by a set of reduction gears or a speed reducer for example, if the application requires it.
FIG. 5C shows a view similar to that of Figure 5B, but in which the mechanical coupling device 52 of the double winch 100 is seen in longitudinal section.
Figs. 5D and 5E further illustrate this mechanical coupling device 52. It consists, in this case, two devices 113 substantially similar to the mechanical coupling device 13 of Figures 1A and 1B. Each of the devices 113 comprises, on the one hand, a first set provided with a first block 120 and a second block 121 and, on the other hand, a second set also comprising a first block 120 and a second block 121. These two devices 113 (see FIG 5E) are coupled by a central connecting piece 160 which mainly comprises a ring gear 161 engaged with a worm screw 162 mounted in the extension of a drive shaft 163 (see FIG. 5A), which can be operated manually, for example by means of a key.
The rotation of the worm 162, which generates a rotation of the ring gear 161, has the effect of moving in opposite directions the two second blocks 121 disposed on either side of said ring gear 161, thanks to two pairs circular racks 164 and 165, respectively secured to said ring gear 161 and said second blocks 121, these pairs of racks being arranged to cooperate to ensure the linear displacement of said second blocks 121 which can either be closer or s' move away from the ring gear 161.
These displacements have the effect of punctually clearing the pins 122 of the recesses 125 of the second blocks 121, in order to release, if necessary, the two winches thus formed under the effect of a pull on the upper cable to a determined value corresponding to a limit couple. The clutch-braking can be achieved automatically through the pins 122 whose retraction against the springs 124 occurs as soon as the limit torque is exceeded. The clutch-clutch function is individual and can be activated for each winch independently. It should be noted that, as a result, a single drive motor can be coupled to these two winches which can be decoupled individually if a threshold value of the force applied to the towed cable is reached or exceeded.
According to this construction, the carcass 56 is directly equipped with the ring gear 55 which provides the coupling with the drive motor 51. The assembly is rotating, but each drum keeps its autonomy by allowing a disengagement or braking , in case of exceeding the torque exerted by the cable that it tows.
Many other applications are possible and several construction variants are possible. The actuator of figs. 1A and 1B could be considered to secure the shaft lines of boat engines when the propeller is blocked by a rope, chain or wire or any other object likely to stop its free rotation. This same actuator could be used to secure power take-offs of agricultural machinery or construction machinery.