Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
20~74~0
La présente invention concerne un dispositif pour la commande
d'un vibrateur à moment variable tel que, par exemple, celui
qui est décrit dans la demande de brevet canadien
No 2 073 518-0, du 9 juillet 1992, au nom de la Demanderesse.
On sait que les vibrateurs de ce genre qui servent par
exemple à l'enfoncement, dans le sol, d'objets tels que des
pieux ou des palplanches, font intervenir au moins un couple
de masselottes rotatives excentrées, voire deux trains de
masselottes entraînées en sens inverse l'une de l'autre, à
une meme vitesse de rotation.
En vue d'effectuer un réglage de l'amplitude des vibrations
engendrées par le vibrateur, notamment pour éviter les
phénomènes transitoires nuisibles au cours des phases de
démarrage ou d'arret, et pour tenir compte des
caractéristiques mécaniques du sol, on a proposé des
dispositifs permettant d'engendrer un décalage angulaire
entre les deux masselottes du couple ou entre les deux trains
de masselottes.
De tels dispositifs peuvent faire intervenir un train
d'engrenages épicycloïdaux, de type Pecqueur, comme décrit
dans le brevet No 1 566 358, au nom de la Demanderesse, ou
meme une liaison rotative faisant intervenir un déphaseur à
commande hydraulique, par exemple du type comprenant deux
2097~0
éléments rotatifs mobiles ax:ialement l'un par rapport à
l'autre et contre l'action d'un ressort, sous l'effet d'un
fluide sous pression.
L'invention a plus particulièrement pour but un dispositif de
commande qui permette d'exploiter pleinement tous les
avantages du principe de la variation du moment par un
déphasage du train de masselottes. Elle propose plus
particulièrement un dispositif pour la commande d'un
vibrateur à moment variable du type comprenant au moins deux
masselottes rotatives excentrées entraînées en rotation à une
même vitesse et un déphaseur apte à engendrer un décalage
angulaire entre ces masselottes au cours de leur rotation, la
commande du déphaseur étant assurée au moyen d'un actionneur
hydraulique à double effet comportant une chambre de
rephasage et une chambre de déphasage séparées par un piston,
l'alimentation de cet actionneur en fluide sous pression
débité par une pompe s'effectuant par un circuit hydraulique
comprenant un distributeur présentant au moins :
- une position de repos dans laquelle il interrompt
l'alimentation de l'une ou l'autre ou des deux chambres de
l'actionneur en fluide sous pression, et
- une position de travail dans laquelle le distributeur
oriente le fluide sous pression vers l'une des susdits
2097~5o
chambres, par l'intermédiaire d'un premier circuit de
distribution.
Selon l'invention, ce dispositif est caractérisé en ce que
ledit premier circuit de dis~ribution comprend des premiers
moyens de limitation permettant, grâce à un organe de
commande, de faire varier la pression qu'il applique à ladite
chambre dans une plage prédéterminée, et en ce que l'autre
chambre est connectée à un second circuit de distribution
comprenant des moyens permettant de moduler la pression qu'il
applique à cette seconde chambre, selon un contre-profil
approprié, de manière à ce que l'actionneur applique au
dephaseur un effort moteur en rapport avec l'effort résistant
qui résulte de l'amplitude du mouvement du vibrateur et
qu'ainsi, à chaque valeur affichée sur l'organe de commande,
corresponde une amplitude determinée des vibrations.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le
distributeur est mis en position de repos lors de la mise en
route du moteur associé à la pompe hydraulique auxiliaire qui
alimente le déphaseur puis en position de rephasage lorsque
certaines conditions sont réunies par exemple lorsque le
débit de la pompe hydraulique principale qui alimente le
vibrateur atteint une valeur minimum prédéterminée (par
exemple un débit correspondant à une fréquence minimale du
vibrateur). On obtient ainsi un demarrage des vibrations à
2097450
une fréquence donnée sans engendrer préalablement des
vibrations indésirables à basse fréquence.
Bien entendu, avant d'arrêter le vibrateur et, d'une facon
plus générale, préalablement à une réduction de la vitesse
des masselottes au-dessous d'une valeur de seuil, il
conviendra de ramener le distributeur en position de
déphasage. Ce processus pourra s'effectuer automatiquement
dès que les conditions de débit de la pompe et donc de
fréquence ne sont plus réunies, mais de manière à être achevé
avant que puissent se produire à nouveau des vibrations
indésirables à basse fréquence.
Un autre avantage du dispositif précedemment décrit consiste
en ce qu'il permet de s'affranchir des nuisances dues à des
diminutions de fréquence du vibrateur résultant par exemple
d'une évacuation d'une partie du débit par le déclenchement
d'une soupape haute pression de sécurité prévue dans le
circuit hydraulique et/ou d'une réduction de débit de la
pompe hydraulique, à la suite d'une élévation excessive de
pression par rapport à la pression de sécurité du circuit ou
par rapport à la puissance que peut délivrer le moteur
thermique d'entraînement de la transmission hydraulique.
Ce résultat est en effet obtenu par l'une des deux méthodes
suivantes asservissant toutes les deux leur déclenchement à
209rl ~0
la mesure d'une pression du fluide hydraulique juste
inférieure à la pression declenchant la réduction de débit ou
encore à une détection de conditions requerant une diminution
de l'amplitude des vibrations pour être corrigées.
Ces deux méthodes consistent à :
i) agir directement sur l'alimentation du circuit de
rephasage en basculant le distributeur à la position de
repos ;
ii) prevoir, en dérivation de la sortie du rephasage, un
econd distributeur qui, déclenché, met la chambre de
rephasage en communication avec un limiteur de pression
préréglé à la pression correspondant à la réduction
d'amplitude souhaitée.
Ces actions permettent d'engendrer à la fois une chute de la
pression du fluide hydraulique et, du fait de l'amelioration
des rendements dans la transmission hydraulique et d'une
moindre charge du moteur thermique principal, une
accumulation de la vitesse de rotation des trains de
masselottes, avec une augmentation de l'énergie cinétique de
ces dernières.
La perception de la retombée de la pression au-dessous de la
pression critique entralne un basculement inverse du
2 0 ~
distributeur principal (méthode i)), du second distributeur
~méthode ii)), et, par conséquent, un rephasage du déphaseur
et un redéploiement du moment. Pendant un instant, le
vibrateur dispose alors à la fois de la puissance délivrée
par les moteurs hydrauliques et de l'éner~ie cinétique
accumulée dans les masselottes.
Cette phase transitoire se poursuit jusqu'à ce que la
pression du fluide hydraulique atteigne à nouveau sa valeur
critique ou que les conditions requérant la réduction
d'amplitude des vibrations réapparaissent.
On établit ainsi un régime de fonctionnement pulsatoire
(pompage) particulièrement performant dans les sols
difficiles, tout en évitant de descendre en-dessous des
fréquences qui engendrent des ébranlements indésirables.
Le réglage de la période de pompage peut etre obtenu en
réglant les seuils de basculement de la haute pression, et/ou
la pression d'échappement (méthode ii)).
Un autre avantage du dispositif précédemment décrit consiste
en ce qu'il permet l'asservissement de la commande
d'amplitude, soit à un niveau sonore mesuré sur le site, soit
à un niveau d'amplitude vibratoire mesuré dans le sol ou sur
un ouvrage~
2 ~ 9 ~
Des modes d'exécution de l'invention seront décrits ci-après,
à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins
annexés dans lesquels :
Les figures 1 et 2 sont deux coupes schématiques,
respectivement axiales et transversales, d'un
vibrateur à moment variable selon l'invention ;
La figure 3 est un schéma hydraulique du circuit
d'alimentation énergétique et de commande du
vibrateur représenté figures 1 et 2 ;
La figure 4 est un schéma du circuit électrique
associé au circuit hydraulique représenté figure
3 ;
La figure 5 est un schéma hydraulique d'une
variante d'exécution du circuit d'alimentation d'un
vibrateur à moment variable selon l'invention ;
La figure 6 est un schéma du circuit électrique
associé au circuit hydraulique représenté figure 5.
Dans l'exemple représenté sur les figures 1 et 2, le
vibrateur comprend deux trains 1, 2 de masselottes excentrées
2 0 9 7 ~ -~
montées rotatives au moyen d'arbres Al, A2, An - A'l, A'2,
~'n parallèles à un axe transversal X, X' et dont les
extrémités s'engagent dans des paliers portés par deux
flasques parallèles 3, 4 constituant les deux cotés latéraux
d'un boitier 5.
A chacune des masselottes M, M' est associé un pignon P
disposé et dimensionné de manière à ce que les pignons P
associés à un meme train 1, 2 de masselottes M engrènent les
uns avec les autres, par couples successifs.
Dans cet exemple, chaque train de masselottes M comporte un
couple d'ensembles masselottes M/pignon P représenté en
traits pleins, l'ensemble représenté partiellement en traits
interrompus indiquant le mode d'implantation d'un autre
couple.
L'entrainement en rotation des deux trains de masselottes est
assuré au moyen d'une motorisation, comportant deux moteurs
hydrauliques Hl, H2 montes sur le flasque 3 à l'une des
extremités du boitier 5.
Ces deux moteurs Hl, H2 entrainent deux arbres respectifs
parallèles passant dans des paliers solidaires des flasques
3, 4 et qui portent chacun deux pignons coaxiaux Pl, P2 - P5,
P6
2'~97~50
Les pignons Pl et P6 viennent respectivement engrener avec
les pignons P associés aux masselottes M' et M pour effectuer
l'entra;nement en rotation des trains 2 et 1.
Le pignon Ps est disposé de manière à venir engrener avec un
pignon P3 solidaire de l'arbre mené 6 d'un déphaseur 7 à
commande hydraulique. Ce déphaseur 7 comprend, par ailleurs,
un arbre menant 8, coaxial à l'arbre mené 6, qui porte un
pignon P4 en prise avec le pignon P2 entrainé par le moteur
Hl ~ ~-
Dans l'exemple illustré figure 3, le dispositif de commande
du déphaseur a été représenté schématiquement sous la forme
d'un vérin hydraulique à double effet 11 dont la tige 12 qui
est solidaire du piston 13 actionne un mécanisme de déphasage
pouvant comprendre un train épicyclo~dal de Pecqueur ou même
une liaison rotative comportant deux éléments rotatifs
axialement mobiles l'un par rapport à l'autre. Dans ce
dernier cas, l'un au moins de ces éléments comporte une gorge
hélico~dale qui coopère avec une partie de l'autre élément de
manière à ce qu'un déplacement axial de l'un des deux
éléments par rapport à l'autre, par exemple sous l'effet de
la tige 12 engendre une rotation relative de ces deux
éléments.
7~0
Le piston 13 délimite à l'intérieur du cylindre 14 du vérin
11 deux chambres, à savoir :
- une chambre de déphasage 16 traversée par la tige 12 et
connectée à un circuit de déphasage 17,
- une chambre de rephasage 18 connectée à un circuit de
rephasage 19.
La transmission entre la tige 12 du piston 13 et la commande
du mécanisme de déphasage est con~ue de telle manière que :
- un déplacement du piston 13 tendant à réduire le volume de
la chambre de déphasage 16, sous l'effet d'un fluide
hydraulique sous pression injecté dans la chambre de
rephasage 18 provoque un rephasage du déphaseur jusqu'à ce
qu'en fin de course du piston 13, les trains de masselottes
se trouvent en phase et, qu'en conséquence, l'amplitude des
vibrations soit maximale, et
- un déplacement du piston 13 tendant à réduire le volume de
la chambre de rephasage 18, sous l'effet d'un fluide
hydraulique sous pression in;ecté dans la chambre de
déphasage 16, provoque un déphasage pouvant atteindre 180
(opposition de phase) et, en conséquence, une réduction,
voire une annulation pure et simple des vibrations.
2097~50
Le circuit de déphasage 17 qui comprend un clapet de non
retour 20 est connecté à l'une Sl des trois sorties Sl, S2,
S3 d'un distributeur 21 dont l'entrée E est raccordée à la
sortie d'une pompe hydraulique 22 entraînée par un moteur
diesel 23 et dont une sortie S3 est reliée à la bâche B par
un circuit de retour à la bâche 29.
Dans cet exemple, la pression du fluide hydraulique appliquée
à l'entrée E du distributeur 21 est limitée à une valeur de
sécurité par l'intermédiaire d'un circuit de retour à la
bâche comprenant un pressostat 24 taré par exemple à une
pression inférieure à la pression maximum admissible dans le
reste du circuit de déphasage et/ou de rephasage.
De même, la sortie S1 du distributeur 21 est reliée au
circuit de retour 29 par l'intermédiaire d'un pressostat Po4
taré par exemple à une valeur choisie en fonction de la
pression basse souhaitée dans l'accumulateur et la chambre de
dephasage.
Le moteur 23 entraîne également une deuxième pompe
hydraulique P, plus puissante, destinée à alimenter les
moteurs hydrauliques du vibrateur.
Le circuit de rephasage 19 qui est connecté à une deuxième
sortie S2 du distributeur 21 comprend, en série, un
11
20~4~0
distributeur 25 et un régulateur de pression 26 permettant,
grâce à une commande potentiométrique 27, de faire varier la
pression du fluide injecté dans la chambre de rephasage 18
dans une plage de pressions [P1, P2].
Selon la commande (manuelle ou automatique) qui lui est
appliquée, le distrihuteur 21 oriente le débit de fluide
hydraulique engendré par la pompe 22 :
- soit à la bâche B par l'intermédiaire du circuit de retour
à la bâche 29 (position de repos indiquée figure 4),
- soit sur le circuit de déphasage 17 en mettant le circuit
de rephasage 19 en communication avec la bâche B, par
l'intermédiaire du circuit 29 (position 1),
- soit sur le circuit de rephasage 19 en mettant le circuit
de déphasage 17 en communication avec le circuit de retour
à la bache 29.
La chambre de déphasage 16 du vérin 11 est, par ailleurs,
reliée à un accumulateur hydraulique 31 dont la pression
hydraulique s'accro;t au fur et à mesure que le volume
d'huile présent dans la chambre de déphasage 16 est transféré
du vérin 11 dans l'accumulateur 31.
Grâce à un choix ~udicieux des caractéristiques, volume
pression de gaz, pression de chargement initiale en huile
12
2997~
hydraulique, cet accumulateur 31 est utilisé en combinaison
avec le régulateur de pression 26 pour faire en sorte qu'à
chaque valeur de pression du fluide hydraulique fourni par le
régulateur 26, corresponde une position du piston 13 dans le
cylindre 11, et un déphasage correspondant du déphaseur.
Par ailleurs, selon la commande qui lui est appliquée, le
distributeur 25 assure une liaison entre le régulateur de
pression 26 et la chambre de rephasage 18 ou entre cette
dernière et le circuit 29 de retour à la bache B, par
l'intermédiaire d'un pressostat Pos taré par exemple pour
assurer le freinage approprié de l'huile évacuée de la
chambre de rephasage.
Pour éviter tout risque de blocage prématuré du déphaseur par
excès de pression dans l'accumulateur 31, la pression admise
dans ce dernier est écretée à une valeur P'02 grace à un
limiteur de pression D taré à une valeur judicieusement
choisie, inférieure à P2 (valeur maximum de la pression
délivrée par le régulateur). Ce limiteur D court-circuite le
clapet 22 de manière à permettre, en toutes circonstances, un
rephasage du déphaseur et, en conséquence, un déploiement
complet du moment du vibrateur.
Réciproquement, la chambre de rephasage 18 est mise en
charge, périodiquement, par exemple à chaque arrêt du
13
2~97~0
vibrateur, par l'intermédiaire d'une ligne 33 dont la
pression est limitée à une valeur P'01, grâce à un limiteur
de pression 34 relié à la sortie du régulateur 26 et choisi à
un niveau suffisamment élevé :
i) pour fixer la pression de déphasage et permettre
l'obtention de la position complètement déphasée, lorsque
la chambre de rephasage 18 du vérin 11 est en
communication avec le retour à la bâche (commande de
rephasage au minimum), et
ii) pour permettre à l'accumulateur 31 de développer une
pression suffisante au fur et à mesure de son remplissage
pour équilibrer suffisamment la pression commandée par le
régulateur 26.
Le choix des couples de pression P'ol et P'02 à l'intérieur
de la plage de variations P'l - P'2, de l'accu~ulateur 31, en
l'absence de limiteur de pression, assure un renouvellement
de l'huile hydraulique du circuit accumulateur 31/chambre de
rephasage 18, éliminant ainsi les problèmes de purge à
l'occasion des successions de charge en position déphasée et
de rephasage complet.
Comme précedemment mentionné, le dispositif précédemment
décrit permet de résoudre d'une façon particulièrement
avantageuse les phases de fonctionnement qui, ~usqu'ici,
14
21097~D
étaient critiques, telles que le démarrage du moteur diesel
23, le démarrage des vibrations, l'arret des vibrations et le
foncage en sol dur.
Ainsi, le démarrage du moteur diesel 23 pourra etre effectué
à vide, avec les trains de masselottes en opposition de phase
(moment nul).
En outre, pour éviter d'avoir la pompe 25 en charge lors de
la mise en route du moteur diesel 23, on subordonne la mise
automatique en position 1 du distributeur et, en conséquence,
le déphasage du déphaseur, au lancement du moteur diesel 23.
A cet effet, on utilise par exemple un asservissement à la
position de l'accélérateur ou encore un capteur 35 de vitesse
de rotation du moteur 23 qui agit sur le distributeur 21
(liaison 36 en traits interrompus) lorsque la vitesse de
rotation du moteur 23 dépasse un seuil prédéterminé. Cette
disposition permet en outre de placer les trains de
masselottes du vibrateur en opposition de phase et donc
d'effectuer un lancement de ce vibrateur sans déclencher de
vibration.
Pour éviter toute propagation prématurée de vibrations basse
fréquence, le basculement du distributeur 21 en position 2
est subordonne électriquement à l'obtention d'un débit
hydraulique minimum (en général, un débit qui correspond à la
2~7~0
fréquence minimum de vibration) dans le circuit hydraulique
principal qui alimente les moteurs hydrauliques du vibrateur.
A cet effet, on peut utiliser un capteur 37 de débit placé
dans le circuit hydraulique principal ou un asservissement
exploitant une condition associée à la génération d'un débit
suffisant par la pompe principale. Ce capteur ou cet
asservissement agit sur le distributeur 21 de manière à
interdire le passage en position 2 tant que le débit détecté
est inférieur à un seuil prédéterminé. Eventuellement, ce
capteur 37 pourra faire basculer automatiquement le
; distributeur en position 2 dès le franchissement du susdit
seuil ou, au contraire, faire basculer automatiquement le
distributeur en position 1 lorsque le débit repasse en-
dessous du susdit seuil et, d'une façon plus générale, dès
que les conditions de fréquence ne sont plus réunies,
notamment dès que l'on commande manuellement une réduction du
débit principal. Ce processus qui intervient lors de la phase
d'arrêt permet d'éviter les vibrations basses fréquences qui
se produisent habituellement au cours de cette phase.
En fait, deux méthodes peuvent être utilisées pour supprimer
les nuisances dues à ces diminutions de fréquence du
vibrateur associées à l'augmentation de la puissance et de la
pression nécessaire au fonçage, ces méthodes consistant :
16
2 0 ~ 7 ~
i) à agir directement sur l'alimentation du circuit de
rephasage en basculant le distributeur 21 à la position
de repos ;
ii) à déclencher le distributeur 25 de manière à mettre la
chambre de rephasage 18 en communication avec le
limiteur de pression Pos qui est taré à une valeur de
pression correspondant à la réduction d'amplitude
souhaitée.
Une particularité importante du dispositif précédemment
décrit consiste en ce qu'il permet d'utiliser le vibrateur en
surpuissance en exploitant un phénomène de pompage
habituellement considéré nuisible.
Il s'avère, en effet, que ces transmission hydrauliques,
telles que celle utilisée entre la pompe principale 25 et les
moteurs hydraulique du déphaseur disposent nécessairement
d'une soupape haute pression, rapidement relayée par un
asservissement réduisant le débit hydraulique (réduction de
l'inclinaison du plateau de la pompe hydraulique ou
suppression d'un corps pour les pompes à plusieurs corps ou
diversion d'une partie du débit). Ceci a pour effet non
souhaitable de réduire la vitesse de rotation des moteurs
hydrauliques et donc la fréquence de fonctionnement de la
machine et, par conséquent, d'accroltre sa nuisance
vibratoire. L'asservissement du basculement du distributeur
17
2 ~ 9 7 L~
21 de la position 2, rephasage, à la position 1, déphasage, à
la mesure d'une pression juste inférieure à la pression
déclenchant la réduction de débit, permet d'éviter toute
perte de fréquence du vibrateur, tout en favorisant le
fonçage. En effet, la perception de cette pression critique
par l'asservissement conduit à réduire le moment du
vibrateur, par conséquent son amplitude vibratoire, et par
conséquent la puissance consommée par le vibrateur. A débit
constant, ceci se traduit par la baisse de la pression
hydraulique dans la transmission.
Il en résulte une amélioration du rendement hydraulique de la
transmission tendant à accroître légèrement la vitesse de
rotation des masselottes, et par conséquent leur énergie
cinétique de rotation. La perception d'une retombée de la
pression au-dessous de la pression critique entraîne un
basculement inverse du distributeur 21 et, par conséquent, le
redéploiement du moment.
Durant cette phase transitoire, le vibrateur dispose à la
fois de la puissance délivrée par la transmission hydraulique
et de l'énergie cinétique accumulée dans les masselottes.
Jusqu'au moment où la pression critique est de nouveau
atteinte.
2097~0
On établit ainsi un régime de fonctionnement pulsatoire du
vibrateur, particulièrement performant dans les sols
difficiles, en évitant de descendre au-dessous des fréquences
générant des ébranlements non souhaités.
La figure 4 montre le schéma de principe d'un circuit de
commande électrique associé au circuit hydraulique
précédemment décrit.
Ce circuit de commande est alimenté par une source de courant
continu dont la borne négative 40 est reliée à la masse :
- du circuit électrique 41 du régulateur de pression 26
permettant un réglage potentiométrique de la pression
appliquée à la chambre de rephasage 18, et
- des solénoïdes 42, 43 de commande du distributeur 21,
La borne positive 46 de l'alimentation est, quant à elle,
reliée :
- à l'entrée d'un dispositif de commutation 47 associé au
contact permettant le démarrage du moteur diesel 23,
- au circuit électrique 41 du régulateur de pression 26,
- à un commutateur 48 actionne en fonction du débit de la
pompe principale 25.
2097~50
Le dispositif de commutation 47 comprend un premier
interrupteur 49 en série avec un commutateur 50 dont une
première sortie 51 est reliée au solénoïde 43 qui commande la
position 1 du distributeur 21 et dont une deuxième sortie 52
est reliée au commutateur 48.
Ce commutateur 48 actionné en fonction du débit de la pompe
principale 25 comprend deux interrupteurs 53, 54 à
fonctionnement alterné, à savoir :
- un interrupteur 53 qui assure une liaison interruptible
entre le contact du relais 44 et le solenoïde 42 permettant
le passage en position 2 du distributeur 21,
- un interrupteur 54 permettant de relier le solénoïde 43 du
distributeur 21 à la borne positive 46 de l'alimentation.
Le fonctionnement du circuit précédemment décrit est alors le
suivant :
Lorsque le moteur diesel 23 est à l'arrêt ou tourne à une
vitesse au plus égale à la vitesse de ralenti, l'interrupteur
47 et le commutateur 51 se trouvent dans la position de la
figure 4 :
- l'interrupteur 47 étant ouvert,
2 ~
- le commutateur 50 aiguillant la sortie de l'interrupteur 47
sur le solénoïde 43.
En conséquence, le distributeur 21 est en position de repos.
Il en est de meme, après le démarrage, lorsque le moteur
tourne au ralenti.
Lors du lancement du moteur 23, la détection d'une vitesse
supérieure à la vitesse de ralenti provoque tout d'abord la
fermeture de l'interrupteur 49 de sorte que le distributeur
21 passe en position 1 pour habiliter les trains de
masselottes du vibrateur à passer en opposition de phase.
La détection d'un débit suffisant de la pompe principale P,
suite à une commande de débit entrainant la fermeture de
l'interrupteur 53, provoque ensuite le basculement du
commutateur 50 sur sa sortie 51 et, en conséquence,
l'excitation du soléno~de 42 du distributeur 21 qui passe en
position 2 (rephasage avec déploiement du moment du
vibrateur).
La détection subs~quente d'un débit de la pompe principale P
inférieur à une valeur de seuil provoquera alors un
basculement du commutateur 48 (interrupteur 53
ouvert/interrupteur 54 fermé) et, en conséquence, le passage
21~97~'30
du distributeur 21, de la position 2 à la position
(déphasage avec réduction du moment).
On obtient donc un processus de pompage du type de celui
précédemment décrit dont l'amplitude peut être réglée par des
moyens électroniques ou mécaniques agissant sur l'écart entre
les valeurs de seuil de la pression du fluide hydraulique
débité par la pompe hydraulique.
Un autre avantage important du dispositif précédemment décrit
consiste en ce qu'il permet d'asservir la commande
d'amplitude, soit à un niveau de bruit, soit à un niveau
d'amplitude vibratoire mesuré dans le sol notamment en vue de
respecter les normes de bruit ou de vibration en limite de
site.
A cet effet, on dispose dans la zone sensible à protéger un
dispositif 60 effectuant la mesure du bruit ou des
vibrations. Le résultat de cette mesure est comparé à une
valeur de consigne V dans un comparateur. Ce dernier agit sur
le régulateur de pression, de manière à établir un déphasage
approprié tendant à annuler l'écart entre la valeur mesurée
et la valeur de consigne.
Un réseau connecteur 61, par exemple de type PID, peut etre
utilisé pour éviter cette fois les oscillations et pour
22
2097~50
maintenir les performances de l'appareil au maximum
compatible avec les valeurs de consigne.
Il ressort de la description qui précède que le principe de
la commande de l'amplitude du moment vibratoire repose sur
l'association d'une pression de commande à une position de
déphasage, grâce à l'équilibre stable obtenue entre le couple
moteur dû à la pression de commande d'une part, et d'autre
part le couple résistant naturel du système, modifié et
complété par un couple résistant connu.
Pour obtenir cet équilibre, diverses méthodes peuvent être
envisagées :
- Il est tout d'abord possible d'exploiter directement le
seul couple de rephasage spontané engendré par le
vibrateur, le couple à appliquer étant une certaine
fonction de l'angle de rephasage.
- On peut également ajouter à ce couple celui engendré dans
le déphaseur par une contre-pression constante, par exemple
grâce à un accumulateur de grand volume de manière à
limiter la contre-pression au minimum nécessaire pour
obtenir le déphasage inverse à celui impose par la
commande.
23
2097~0
- L'usage d'un accumulateur à pression de gaz, de volume par
exemple égal au double ou au triple de la cylindrée du
vérin déphaseur, et dont la pression varie sensiblement
avec l'angle de déphasage offre une meilleure sensibilité à
la pression. Cette solution, par un choix judicieux des
caractéristiques de l'accumulateur, permet en outre de
rendre monotone la fonction P = f (déphasage), lorsqu'elle
ne l'est pas à l'origine et, en conséquence, de simplifier
le mode de commande, en obtenant une valeur unique de
déphasage (à une hystérésis près) pour une valeur de
pression donnée et surtout d'assurer la stabilité du
déphasage en fonction de la commande.
- L'usage d'un accumulateur mécanique dont la contre-pression
est réalisée par un vérin à ressort permet de linéariser la
courbe de contre-pression additionnelle en fonction de
l'angle de déphasage.
- Il est également possible d'appliquer une contre-pression
intermittente seulement en cas de besoin de mouvement
inverse à celui imposé par la commande ou encore à un
limiteur ou un réducteur de pression commandable par
potentiomètre qui peut être commandé manuellement ou par un
asservissement.
24
2097~0
Dans tous les cas, il sera possible d'utiliser des moyens
permettant de faire varier la pression dans la chambre de
déphasage et/ou la chambre de rephasage grâce à un circuit
hydraulique débouchant sur différents limiteurs de pression,
par l'intermédiaire de distributeurs commandés par un
sélecteur.
Dans l'exemple représenté sur la figure 5, le vibrateur à
moment variable qui a été représenté schématiquement par un
bloc en traits interrompus 70 comprend deux moteurs
hydrauliques 71, 72 alimentés par un générateur de fluide
hydraulique sous pression 73 comprenant deux corps de pompe
74, 75 entraines par un moteur 76, par exemple un moteur
diesel. Le débit de ce générateur 73 est controlé par un
dispositif de servocommande 77 commandé par un potentiomètre
78.
La commande du déphaseur 79 est, quant à elle, assurée par un
circuit hydraulique alimenté par une pompe auxiliaire 80
entrainée par le moteur 76.
Cette pompe auxiliaire 80 débite sur un limiteur de pression
mécanique 81 qui maintient une pression Pr égale à une valeur
correspondant à la pression de rephasage. La sortie de ce
limiteur 81 est connectée à la chambre de rephasage 82 du
dephaseur par l'intermédiaire d'un distributeur
2Q97~
électromécanique 83 qui se trouve à l'état passant, en
position de repos et qui détourne la flux d'huile vers la
bâche 84 quand sa bobine 85 est excitée.
Le fluide hydraulique délivré par la pompe auxiliaire 80 qui
est, par ailleurs, contrôlé par un limiteur de pression 86
qui limite à une valeur Pmax, la pression maximale de
commande, est appliqué à un second réducteur de pression à
commande électrique 87, qui débite du fluide à une pression
réglable entre une pression de déphasage maximum Pdmax et une
pression de déphasage minimum Pdmin grâce à un circuit
électronique de commande piloté par un potentiomètre 88.
La sortie de ce réducteur 87 est reliée à la chambre de
déphasage 89 du déphaseur 79.
Au circuit hydraulique précédemment décrit est associé un
circuit électrique de commande (figure 6) alimenté par une
source de courant continu qui alimente, d'une part, le
circuit électronique 90 du régulateur de pression permettant
un réglage potentiométrique (potentiomètre 88) de la pression
appliquée à la chambre de déphasage 89 ainsi que, d'autre
part, l'électroaimant 85 du distributeur 83 par
l'intermédiaire d'un circuit de commutation comprenant un
relais 91 sur lequel est monté en parallèle un pressostat 92
qui se ferme lorsque la pression du fluide débité par les
26
2097~0
deux corps de pompe est supérieure ou égale à une pression
PM.
Ce circuit de commande fait en outre intervenir un sélecteur
rotatif 93 couplé mécaniquement au potentiomètre 78 et dont
le curseur rotatif 94 balaye et commute temporairement une
pluralité de contacts (ici les contacts Cl, C2, C3) au fur et
à mesure de sa rotation.
Dans cet exemple, le curseur 94 est relié au pôle négatif de
la source d'alimentation.
Le contact Cl est en l'air (non relié à un quelconque
circuit).
Le contact C2 est relié au pôle positif de l'alimentation par
l'intermédiaire de la bobine KA2 d'un relais 95 qui commande
l'application du pôle positif sur l'une des extrémités de la
bobine KA3 du relais 91.
Le contact C3 est relié à l'autre extrémité de la bobine KA3
du relais 91.
Sur le plan hydraulique, le fonctionnement du dispositif
précédemment décrit est le suivant :
2097~0
Quelle que soit la position du potentiomètre 88 de réglage du
réducteur de pression 87 (entre les pressions de déphasage
minimum et maximum), lorsque la bobine 85 du distributeur 83
est excitée et que ce dernier passe de sa position de repos
représentée sur la figure 5 (où elle se trouvait avant la
mise en route de la machine) à sa deuxième position, le
circuit de rephasage est relié à la bâche 84, et seule la
chambre de déphasage 89 est alimentée (avec au moins la
pression minimum de déphasage Pdmin) et, par conséquent, le
vibrateur 70 n'engendre aucune amplitude vibratoire.
Par contre, lorsque la bobine 85 est désexcitée et, en
conséquence, le distributeur passe au repos (après qu'une
vitesse suffisante des balourds soit atteinte) alors la
chambre de rephasage 82 est alimentée en fluide à la pression
de rephasage (qui est légèrement inférieure à la pression de
déphasage maximum) imposée par le réducteur 87.
La chambre de déphasage 82 est, quant à elle, alimentée en
fluide dont la pression est comprise entre les pressions
maximum et minimum de déphasage.
Lorsque la pression de déphasage est à son maximum (par
convention, position zéro du potentiomètre 88) alors le
déphaseur 79 est soumis à une pression résultante de
déphasage (écart entre la pression maximum de déphasage et la
28
2~97450
pression de rephasage). Du fait que le déphaseur 79 était
initialement à l'état totalement déphasé et le rephasage
nécessitant une pression résultante de rephasage suffisante
pour vaincre les frottements et la résistance à la création
de vibrations, aucune vibration n'est en mesure de s'établir
Lorsqu'ensuite on tourne le potentiomètre 88 vers les
amplitudes croissantes et, qu'en conséquence, on commande une
réduction de pression de déphasage du maximum vers le
minimum, alors la chambre de rephasage 82 se maintient à la
pression de rephasage tandis que la pression dans la chambre
de déphasage 89 s'abaisse en-dessous de cette pression de
rephasage. La pression résultante est donc une pression de
rephasage et, en conséquence, le déphaseur se remet à
rephaser les masselottes du vibrateur 70 jusqu'à ce que
l'amplitude de vibration engendrée par ces dernières génère
dynamiquement un couple relatif s'opposant au couple exercé
par le déphaseur 79 sous l'effet de la pression résultante.
Les cylindrées du d~phaseur 79 et les valeurs appliquées sont
choisies de manière à obtenir l'amplitude maximale utile pour
un rephasage complet des deux trains de masselottes lorsque
la contre-pression de déphasage atteint sa valeur minimale.
2097~
Le choix de la pression minimale de déphasage est celui qui
permet d'assurer l'obtention d'un déphasage complet des
masselottes en l'absence de pression de rephasage.
Un limiteur de pression taré à la valeur de pression maximum
de déphasage est monté sur le circuit de rephasage pour
écrêter les pointes de pression constatées lorsque sous
l'effet de la pression maximale de déphasage, le fluide
contenu dans la chambre de rephasage 82 se trouve refoulé
vers la bâche 84.
Le fonctionnement du circuit électronique de commande est
alors le suivant :
Le contact Cl du sélecteur rotatif 93 qui correspond au zéro
du potentiomètre 78 et donc à un débit nul, est utilisé pour
la s~curité du démarrage (interdiction de démarrer le
générateur de fluide hydraulique sous pression 73 si les
pompes 74, 75 ne sont pas à débit nul, pour éviter de
démarrer en charge le moteur 76 et de faire tourner les
masselottes lors de ce démarrage).
En effet, lorsque le sélecteur 93 se trouve positionné sur le
contact Cl, les relais 95 et 91 sont au repos, tandis que le
pressostat 92 est ouvert. La bobine 85 du distributeur 83 est
2097~0
alimentée et ce dernier est donc au repos et renvoie à la
bache 84 le fluide débité par la pompe auxiliaire 80.
Le contact C2 correspond à une position du potentiomètre 78
commandant une vitesse proche de la vitesse minimale de
vibration, par exemple de 1650 tours/mn en-deçà de laquelle
on souhaite interdire toute vibration dont la fréquence
serait insuffisante et donc nocive.
Dans le cas où le sélecteur 93 est positionné sur ce contact
C2, le relais 95 passe à l'état excité tandis que le relais
91 demeure au repos. La bobine 85 du distributeur 83 reste
donc à l'état excité.
Le contact C3 correspond à une position du potentiomètre 78
commandant la vitesse minimale de vibration, par exemple 1800
tours/mn.
Dans cette position, le relais 95 est au repos tandis que le
relais 91 passe à l'etat excité (avec auto-maintien) en
interrompant l'alimentation de la bobine 85 du distributeur
83, lequel commute en assurant la connexion de la sortie du
limiteur 81 à la chambre de rephasage 82. Le pressostat 92
permet, quant à lui, de refermer le circuit de la bobine du
distributeur, et donc de l'exciter, lorsque la pression du
fluide hydraulique des deux corps de pompe 74, 75 atteint la
31
2097~0
pression maximale hydraulique admissible (cette pression est
associée à la puissance maximale disponible inhérente au
moteur thermique).
Grâce à ces dispositions, au lancement du débit des corps de
pompe 74, 75 qui entraîne la rotation des masselottes, pour
toutes les valeurs de vitesse inférieures à la valeur
minimale de vibration, la bobine 85 du distributeur 83 est
excitée, ce qui interdit l'établissement de la pression de
rephasage et donc de toute vibration.
Lorsqu'on atteint et dépasse la vitesse minimale de
vibration, la bobine 85 se trouve à l'état désexcité et
l'amplitude vibratoire est établie au niveau commandé par le
potentiomètre 88, déterminant la position du reducteur de
pression 87.
Il est dès lors possible de régler la vitesse de rotation des
masselottes (c'est-à-dire la fréquence) à n'importe quelle
valeur entre la fréquence maximale et la fréquence minimale
et, pour chaque valeur de fréquence minimale de vibration, de
régler l'amplitude vibratoire entre zéro et l'amplitude
maximale associée au moment d'excentricité maximum
(masselottes tournant en phase).
~097~0
Dès que l'on diminue la vitesse au-dessous de la valeur jugée
critique (pour la propagation des secousses dans le sol et
d'ébranlements vers le porteur) par exemple 1650 tours/mn
(contact C2), alors la bobine 85 du distributeur 83 sera
excitée grâce au retour de l'électroaimant 91 en position de
repos. En conséquence, le distributeur 83 déclenchera la
réduction et la suppression de l'amplitude vibratoire, quelle
que soit la position du potentiomètre 88 de commande de
l'amplitude, permettant ainsi à la machine de s'arrêter sans
vibrer.
Lorsque le vibrateur 70 engendre des vibrations, c'est-à-dire
lorsque la bobine 85 du distributeur 83 se trouve isolée du
pôle négatif de l'alimentation S, du fait de l'auto-maintien
du relais 91 en position excitée, et si la pression monte à
la pression maximale admissible, du fait de la fermeture du
pressostat 92, la bobine 85 du distributeur 83 se trouve à
nouveau excitée.
Dans ce cas, le couple de rappel vers le déphasage des
masselottes est d'autant plus important que le sol résiste et
fait monter la pression engendrée par les deux corps de pompe
74, 75. Ce couple s'ajoute à la seule pression de déphasage
commandée par le potentiomètre 88. Il agit sur le déphaseur
79 pour déphaser rapidement les masselottes et réduire ainsi
l'amplitude du vibrateur 70 et, par conséquent, la puissance
33
2~97~0
nécessaire à l'entretien de la vibration, donc la pression
appelée par les moteurs hydrauliques 71, 72 du vibrateur 70.
Dès lors, le rendement hydraulique du générateur 73
s'améliore et la vitesse du moteur 76 s'accroît de quelques
centaines de tours par minute supplementaires. L'ensemble
rotatif accumule donc de l'énergie cinétique en même temps
que commute le pressostat 92 qui provoque la commutation du
distributeur 83. Celui-ci rétablit l'alimentation de la
pression de rephasage qui va rapidement remettre en phase les
masselottes. Durant cette phase transitoire, le vibrateur 70
délivre dans le sol la puissance maximale délivrée par le
générateur 73 et la puissance associée à l'excédent d'éner~ie
cinétique de rotation des masselottes dont la vitesse de
rotation d~croit de quelques centaines de tours en quelques
dixièmes de secondes jusqu'à ce que la pression redépasse à
nouveau la pression maximale admissible. Ce phénomène de
pulsation permet d'éviter au vibrateur 70 travaillant sur des
sols durs de chuter significativement en fréquence (chute
limitée à 10 %) contrairement aux vibrateurs traditionnels
qui perdent jusqu'à 50 % de leur fréquence. Les performances
de la machine s'en trouvent donc améliorées.
34
