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MÉMOIRE DESCRIPTIF.
La présente invention se rapporte aux machines forestières servant à
l'abattage des arbres.
Plus précisément la présente invention est un dispositif, permettant
d'actionner la rotation
entre une tête d'abattage et l'adaptateur qui est lui placé à l'extrémité des
mâts articulés ou
S télescopiques qui équipent les machines forestières.
La nature des procédés antérieurement connus.
Il est d'usage courant, dans le cas des têtes d'abattages, de manipuler la
tête à l'extrémité
d'un mât, en imputant un mouvement d'inclinaison vers l'avant ou vers
l'arrière à
l'adaptateur, qui transmet ainsi ce mouvement à la tête, car celle-ci est
fixée à l'avant de
l'adaptateur. L'utilité de ce mouvement est à double fonctions. Premièrement,
aligner la
verticale de la tête avec l'axe de l'arbre à couper, puis la seconde fonction
est essentielle
pour coucher l'arbre sur le sol après l'avoir coupé. Il est d'usage pour
effectuer ce
mouvement d'utiliser un vérin hydraulique. Ce dernier est appuyé sur le mât à
une
extrémité et l'autre extrémité retient l'adaptateur en position et assure ses
mouvements de
bascule.
Il est d'usage également, d'incliner la tête d'abattage sur la gauche ou sur
la droite par
rapport au véhicule porteur, pour permettre un meilleur alignement de l'axe
verticale du
châssis de la tête et de l'axe de l'arbre à abattre. Pour effectuer ces
mouvements
d'inclinaison latéraux lorsque la tête est en position plus ou moins
verticale, il est d'usage
de placer entre l'adaptateur et la tête d'abattage un dispositif permettant à
la tête
d'effectuer de faibles mouvements de rotation. Ce mécanisme de rotation doit
être très
robuste car le poids de la tête est très important. Ce dispositif mécanique
est
habituellement une plaque tournante. Cette plaque tournante est habituellement
formée de
deux anneaux qui s'emboîtent l'un dans l'autre, et qui permettent un
glissement rotatif entre
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les deux anneaux. L'un des anneaux est fixé sur le châssis de l'adaptateur et
l'autre anneau
sur le châssis de la tête d'abattage. Ainsi attachés sur leur face respective,
les deux
anneaux forment un accouplement rigide qui ne permet que les mouvements de
rotation
autour d'un axe central aux deux anneaux.
Il est d'usage, pour actionner les mouvements autour de l'axe de rotation de
la tête
d'abattage, d'utiliser un vérin hydraulique dont l'une de ses extrémités est
reliée au châssis
de l'adaptateur et l'autre au châssis de la tête d'abattage. Ce dispositif est
le plus utilisé
actuellement sur le marché. Ce dispositif permet actuellement des mouvements
angulaires
limités, de 15 à 20 degrés de chaque côté. La position du vérin et la course
de celui-ci ne
peut pas produire plus de 40 à 50 degrés de mouvement angulaire total.
Il est d'usage courant également de regrouper les arbres coupés en empilement
de 10 à 20
tiges, pour faciliter l'opération de sorti des arbres du parterre de coupe.
Habituellement un
débardeur à pince ou un débardeur à pince portante, ramasse un empilement en
soulevant
le pied des tiges, et tire ainsi le groupe d'arbres, en laissant la tête des
arbres traîner sur le
sol tout le long du transport.
Au cours des dernières années, les opérations ont évolué. Une nouvelle méthode
pour
empiler et sortir les arbres a engendré une demande pour une augmentation de
l'angle
d'inclinaison latérale. Cette augmentation d'angle d'inclinaison latérale,
s'explique en
relisant le paragraphe précédant et la façon de placer les arbres en
empilement sur le
parterre de coupe. Pour faciliter la sortie des empilements d'arbres et
réduire les
perturbations sur l'environnement, les gestionnaires de la coupe demande deux
choses; que
les empilements soient grossis, et que la position des empilements soit
parallèle et
adjacente au sentier avec le pied des tiges pointant dans la direction de la
sortie. Pour
répondre à cette demande, les constructeurs de tête d'abattage ont cherché de
nouveaux
dispositifs mécaniques pour augmenter l'angle d'inclinaison latérale. Cette
augmentation de
mouvement angulaire, est utilisée au moment de former les empilements d'arbres
sur le
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parterre de coupe. Pour réaliser un gros empilement et faire en sorte que
l'orientation de
l'empilement favorise la sortie des arbres par le véhicule transporteur,
l'abatteuse
forestière doit reculer dans le sentier pour réaligner le mât et la tête
d'abattage dans l'axe
d'un empilement en cours de réalisation.
Pour répondre à la nouvelle exigence, les angles d'inclinaisons latérales
doivent atteindre
90 à 120 degrés de chaque côté, pour un total de mouvement angulaire de la
tête
d'abattage de 180 à 240 degrés. Ces grands angles d'inclinaison latérale,
permettent
l'empilement des arbres sur le côté de la machine près du sentier. La
manoeuvre implique
de faire tourner la tête d'abattage au moment ou l'arbre coupé est basculé au
sol,
permettant ainsi d'aligner l'arbre avec un empilement sur le côté de la
machine. Dans son
mouvement de rotation l'axe de la tête atteint et même dépasse 90 degrés
d'angle avec
l'axe longitudinal du mât.
Les systèmes développés jusqu'à maintenant ne donnent pas satisfaction à
plusieurs
niveaux. Dans le brevet CA-2,186,798, il y a un système qui utilise comme
plaque
tournante un roulement avec une roue dentée externe avec un pignon ou deux
pignons
actionnés par un moteur hydraulique et une boîte d'engrenage. De tels
dispositifs sont très
fragiles, et forcent les concepteurs à sélectionner des composantes très
grosses et très
lourdes et particulièrement dispendieuses. Encore dans ce même brevet CA-
2,186,798,
deux vérins actionnent la rotation de petits pignons pour finalement actionner
une roue
dentée au centre, les même inconvénients causés par les dents de pignons en
étages,
fragilité, faible couple de rotation, très dispendieux.
Le brevet CA-2,242,625, place au centre du roulement principale, un moteur
avec une
boîte d'engrenage multiplicatrice du couple moteur, mais là encore cette
technologie est
lourde, fragile, et très dispendieuse.
Aussi, le brevet CA-2,165,026, commande l'axe de rotation de la tête par une
chaîne qui
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est reliée autour du roulement principal par une roue dentée fixe sur
(adaptateur, puis la
chaîne est actionnée par un moteur qui est lui fixe sur la tête d'abattage. Un
tel dispositif
est commun, mais surtout il est encombrant, sensible aux impacts au niveau des
moteurs,
la chaîne doit être très grosse pour transmettre les tensions, l'ensemble est
finalement trop
dispendieux.
D'autres systèmes utilisent le mouvement linéaire de vérins hydrauliques,
assistés par des
composantes qui multiplient le couple ou angle de rotation de la tête
d'abattage. Comme
premier concept le brevet CA-2,188,057, utilise un dispositif largement
employé dans
l'industrie, deux crémaillères et un pignon central actionné par deux vérins.
Ce dispositif
est très connu et son défaut majeur est le coût excessif, pour les couples
demandés dans
cette application. De plus ce dispositif serait très lourd et encombrant, une
fois
surdimensionné pour répondre aux couples désirés. Un autre brevet CA-
2,146,719, utilise
lui aussi la course linéaire de deux vérins pour actionner un arc d'engrenage
dont le pivot
est fixé à la tête d'abattage, et que deux vérins également fixés à la tête,
actionnent pour
faire tourner l'ensemble tête d'abattage autour d'un pignon central fixé sur
l'adaptateur. Ce
dispositif est conplexe à fabriquer, très lourd, sensible aux bris de dents
sous les impacts,
et surtout très dispendieux contrairement au nouveau dispositif proposé.
Un autre brevet CA-2,165,027, utilise le mouvement linéaire de deux vérins,et
une chaîne
qui est placée sous tension par l'intermédiaire de poulies placées aux
extrémités des vérins.
Un tel dispositif est très encombrant, très lourd, trop fragile, et beaucoup
trop
dispendieux.
Un dernier brevet CA-2,165,028, utilise la course d'un vérin hydraulique pour
faire ouvrir
un dispositif de deux bras arqués, dont les extrémités sont fixées
respectivement sur la tête
d'abattage et sur l'adaptateur. Ce dispositif est connu des concepteurs
d'excavatrices, car il
est utilisé pour faire basculer le godet à l'extrémité du mât. Ce système n'a
pas encore été
utilisé, car l'encombrement du vérin poserait un sérieux problème. De plus, la
plage
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angulaire maximum habituellement utilisée avec efficacité sur les godets est
insu~sante
pour les besoins actuels. Dans le cas ou nous tenterions d'atteindre 180
degrés avec un tel
dispositif, les couples en bout d'angle seraient trop faibles, et la longueur
de la course du
vérin deviendrait excessif, ce qui engendrerait un vérin dont l'encombrement
poserait
problème.
L'idée créatrice de cette invention.
J'ai découvert que ces inconvénients peuvent être supprimés par l'utilisation
de vérins
hydrauliques, dont l'action de pousser et de tirer est utilisé directement,
sans l'intervention
de composantes mécaniques qui réduisent l'efficacités des vérins. J'ai créé,
positionné et
développé un élément structural simple qui permet d'additionner une série de
deux angles
de rotation ou plus, utilisant l'action d'un vérin hydraulique pour ouvrir et
fermer chacun
des angles de rotation ainsi additionnés. Cet élément structural simple, est
une structure
1 S intermédiaire qui permet de relier deux extrémités de vérins différents,
disposés l'un à la
suite de l'autre, aux deux châssis principaux, celui de la tête d'abattage et
celui de
l'adaptateur. Cet élément structural intermédiaire, est relié aux châssis
principaux par un
pivot, appelé pivot principal de l'élément intermédiaire. Ce pivot principal,
dont l'axe qui
est parallèle à l'axe de rotation de la tête d'abattage, peut être également
coaxial ou non
coaxial avec l'axe de rotation de l~ tête d'abattage. Ce pivot principal de
l'élément
intermédiaire, est libre de rotation par rapport aux châssis de la tête
d'abattage et de
l'adaptateur.
J'ai découvert qu'il était avantageux de disposer l'axe principal de l'élément
structural
intermédiaire de façon coaxial avec l'axe de rotation de la tête d'abattage.
Une telle
disposition permet d'optimiser la course de chaque vérin, pour en tirer le
meilleur rapport
entre l'ouverture de l'angle de rotation de la tête d'abattage et le couple de
rotation le plus
élevé possible. De plus une telle disposition favorise un encombrement
minimum.
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Le pivot principal de l'élément intermédiaire peut être monté autour, devant
ou après, des
deux anneaux qui forment la plaque tournante ou roulement principal de la
rotation de la
tête d'abattage. Dans chacun des trois cas précédents, le pivot principal de
l'élément
structural intermédiaire, doit posséder son propre plan circulaire de
glissement, qu'il soit
lubrifié, sur roulement à billes, ou sur roulement à rouleaux, pour permettre
à l'élément
intermédiaire, des mouvements de rotation différents de ceux de la tête
d'abattage.
D'une autre façon, le pivot principal de (élément intermédiaire peut être
monté sur l'un des
deux châssis, soit celui de la tête d'abattage ou celui de l'adaptateur. Dans
ces deux cas,
l'élément intermédiaire offre la même possibilité d'additionner les courses
des vérins, mais
le dispositif risque d'être plus encombrant utilisé de cette manière.
Chaque vérin est positionné de façon à transmettre un couple de rotation
autour de l'axe
de rotation de la tête d'abattage. Le levier formé par l'élément intermédiaire
maintient l'axe
des vérins suffisamment éloigné du centre de rotation de la tête, pour éviter
que le corps
d'un vérin ne vienne toucher les structures autour du centre de rotation de la
tête.
J'ai découvert que le concept peut fonctionner en actionnant les vérins l'un
après l'autre ou
simultanément, mais qu'il est favorable pour maintenir un équilibre entre les
forces
engendrées par les vérins sur l'élément intermédiaire, de synchroniser la
course de chacun
des vérins durant les mouvements de rotation de la tête d'abattage. J'ai
découvert, qu'un
diviseur de débit , placé à l'entrée ou à la sortie des vérins, permet de
maintenir la longueur
d'extension de la tige de chacun des vérins, dans des proportions égales.
Les composantes formant le concept à deux vérins sont disposées de la façon
suivante;
partant de l'adapteur à l'extrémité du mât, un premier vérin y est fixé sur
pivot, puis l'autre
extrémité du premier vérin est fixé sur un premier élément intermédiaire,
ensuite un second
vérin est lui aussi fixé par l'une de ses extrémités sur le premier élément
intermédiaire, et
l'autre extrémité de ce second vérin est fixé au châssis de la tête
d'abattage. Ce concept est
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le plus simple car il n'utilise que deux vérins et un élément structural
intermédiaire. Un tel
dispositif peut si les composantes sont bien disposées produire un angle de
rotation total
de la tête de 220 degrés et plus.
Les composantes formant un concept plus élaboré utilisant trois vérins et deux
éléments
structuraux intermédiaires sont disposées de la façon suivante; partant de
l'adapteur à
l'extrémité du mât, un premier vérin y est fixé sur pivot, puis l'autre
extrémité du premier
vérin est fixé sur un premier élément intermédiaire, ensuite un second vérin
est lui aussi
fixé par l'une de ses extrémités, sur le premier élément intermédiaire, et
l'autre extréminé
de ce second vérin est fixé à un second élément intermédiaire, puis encore une
fois un
troisième vérin effectue le lien entre le second élément intermédiaire et le
châssis de la tête
d'abattage.
Description des dessins.
Relativement aux dessins qui illustrent la réalisation de l'invention;
la figure 1 représente une élévation vue du côté du mât, d'une tête d'abattage
munie du
dispositif actionné par deux vérins;
la figure 2 représente une élévation vue du côté ou le dispositif est le plus
visible;
la figure 3 représente la tête d'abattage basculée comme pour déposer un
arbre;
la figure 4 représente l'élévation d'une machine au moment de la coupe d'un
arbre;
la figure 5 représente la même machine au moment ou l'arbre est déposé au sol;
la figure 6 représente la machine au moment de tourner l'arbre pour former un
empilement;
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la figure 7 représente une élévation vue du côté du mât, avec la tête
d'abattage tournée par
le mécanisme à deux vérins et un élément intermédiaire;
la figure 8 représente une élévation de la tête d'abattage , au moment ou elle
est tournée
par l'action des deux vérins et d'un élément intermédiaire;
la figure 9 représente vue éclatée du dispositif, composé de deux vérins et
d'un élément
intermédiaire;
la figure 10 représente une élévation, vue du côté du mât, avec le dispositif
ou l'élément
intermédiaire relie le pivot côté tube de deux vérins;
la figure 11 représente une élévation, vue côté du mât, avec un dispositif à
trois vérins et
deux éléments intermédiaires;
la figure 12 représente une vue éclatée d'un dispositif actionné par trois
vérins et deux
éléments intermédiaires;
la figure 13 représente une élévation, vue du côté du mât, avec deux éléments
intermédiaires dont le pivot principal n'est pas coaxial avec l'axe de
rotation de la tête
d'abattage;
les figures 14, 15, 16 représentent des vues en coupe du mécanisme de rotation
de la tête,
dont les plans de glissement;
la figure 17 représente une vue en coupe du mécanisme de rotation de la tête,
dont le plan
de glissement est un roulement à billes, et un deuxième roulement assure le
glissement
d'éléments intermédiaires;
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la figure 18 représente une vue éclatée du dispositif incluant un support
boulonnable pour
relier un vérin à l'adaptateur.
Dans les dessins, les illustrations sont des exemples, pour faire comprendre
le mécanisme.
Il ne doivent pas limiter les possibilités du concept de l'invention.
Description détaillée des dessins.
Les figures 1, 2, et 3 représentent un tête d'abattage 2, fixée à l'extrémité
d'un mât l0,par
l'intermédiaire d'un adaptateur 3 qui tourne autour d'un axe 12 lorsque le
vérin 11 est en
action et qu'il fait basculer (ensemble, tête 2 et adaptateur 3. Placé entre
l'adaptateur 3 et
la tête d'abattage 2 , un ensemble de deux anneaux dont l'anneau intérieur S
et l'anneau
extérieur 4, forment une table tournante, ou plan de glissement circulaire. Ce
plan de
glissement permet à la tête de tourner autour de l'axe 13.C'est par l'action
cumulative des
courses des vérins 8 et 9, et par l'intermédiaire d'une structure en forme
d'anneau 6 qui est
adapté librement, pour glisser autour de l'un des deux anneaux 4 ou 5 de la
plaque
tournante et ainsi de Taxe 13. Le nouveau dispositif de rotation de la tête
d'abattage, utilise
les mouvements linéaires des deux vérins 8 et 9, et l'élément structural
intermédiaire 6 qui
est en forme d'anneau avec deux points de pivot pour les vérins 8 et 9, pour
produire un
déplacement angulaire de la tête d'abattage. Le vérin 8 qui est fixé à son
extrémité côté
tube à une extension 7 de adaptateur 3, relie la structure 6 qui est libre de
tourner autour
des anneaux 4 et 5, et qui relie à son tour un autre vérin 9 qui est fixé au
châssis de la tête
d'abattage 2, par lattage 14.
Les figures 4, 5 et 6 illustrent la façon d'utiliser le dispositif de rotation
de la tête 2 pour
empiler les arbres 16 sur le côté de la machine 15, en favorisant un
empilement qui oriente
les tiges vers la sortie.
Les figures 7 montre la position de la tête d'abattage 2 lorsque les vérins 8
et 9 sont en
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complète extension. L'adaptateur 3 demeure fixe à l'extrémité du mât 10, c'est
donc la tête
d'abattage 2 qui tourne autour de son axe 13. L'élément structural 6 tourne
lui aussi car il
est libre de glisser autour du roulement principal formé de 4 et 5. Lorsque
les vérins 8 et 9
sont placés dans un plan situé entre la tête 2 et l'adaptateur 3, et qu'à
l'intersection de ce
plan avec l'axe 13, le diamètre des anneaux de glissement 4 et 5, permet de
rapprocher les
tiges des vérins 8 et 9 le plus près possible du centre, cela permet
d'augmenter l'angle de
rotation de la tête 2, avec un minimum de course des vérins 8 et 9.
La figure 8 représente le cas ou les vérins 8 et 9 sont contractés, et la
position de la tête
d'abattage 2 en est ainsi symétriquement opposée à celle de la figure 7, pour
un total de
mouvement angulaire de 230 degrés autour de l'axe 13. L'élément structural
intermédiaire
6 a bougé lui aussi car il est libre de tourner autour des anneaux 4 et 5.
L'élément
structural intermédiaire 6 relie des deux vérins 8 et 9, ce qui permet
d'additionner l'effet de
chacun des deux vérins pour obtenir le maximum d'angle de rotation de la tête
d'abattage.
La figure 9 représente une vue éclatée du dispositif illustré dans les figures
1 à 8. Dans
cette vue nous pouvons mieux apercevoir l'élément intermédiaire 6 et
l'ouverture dans son
centre qui pourra glisser autour de l'anneau 5.
La figure 10 illustre une autré façon d'utiliser un élément intermédiaire 24
entre deux
vérins 22 et 23, qui sont reliés respectivement du côté de leur tige à des
structures
différentes, soit l'adaptateur 3 par son attachement 20 pour le vérin 22, puis
à la structure
de la tête d'abattage 2 et son attache 21 pour le vérin 23. L'élément
intermédiaire 24
tourne librement autour des anneaux 4 et 5 .
La figure 11 représente une façon plus élaboré d'utiliser des éléments
structuraux
intermédiaires 25 et 6 pour additionner l'effet de chaque course, et produire
un angle total
de rotation maximum de la tête d'abattage 2, et cela pour un encombrement
minimum. Le
vérin 22 qui est fixé à l'adaptateur 3 par une attache soudée 20, est relié du
bout de son
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tube à un élément intermédiaire 25 qui est libre de glisser autour des anneaux
4 et 5 qui
forme une plaque tournante entre la tête 2 et l'adaptateur 3, donc cet élément
intermédiaire 25 qui est libre de tourner, relie ensuite un deuxième élément
intermédiaire
6, par l'action d'un deuxième vérin 23, et que ce deuxième élément
intermédiaire 6 qui est
lui aussi libre de glisser autour des anneaux 4 et 5, s'additionne finalement
à un dernier, le
troisième vérin 9 qui lui est attaché à la tête d'abattage 2 par la fixation
14. Il y a ici
addition de trois courses, donc trois angles autour de l'axe 13, et ainsi un
total d'angles
encore plus grand que le cas utilisant deux vérins.
La figure 12 illustre une vue éclatée du dispositif représenté en figure 11,
avec les trois
vérins 22, 23 et 9 qui sont symétriques, et les deux éléments intermédiaires
non
symétriques 25 et 6. II est bien visible que les éléments intermédiaires 25 et
6 possèdent
des oeülettes qui glisseront autour des anneaux centrais 4 et 5.
La figure 13 représente le même concept, les éléments intermédiaires 26, pour
relier les
courses de trois vérins 8, 9 et 23 non symétriques. Dans cette arrangement, la
position des
éléments intermédiaires 26 est différente mais l'effet moins prononcé est le
même, une
addition des courses des trois vérins 8, 9 et 23, pour une production d'angle
total
cumulative. Les pivots 17 des éléments intermédiaires 26 ne sont pas coaxiaux
avec l'axe
central 13, mais ils sont parallèles et fixés sur la structure de la tête
d'abattage 2 ou dans
d'autres cas sur l'adaptareur 3, pour le même effet.
Les plans tournants des figures 14 et 15 représentent deux cas de plan de
glissement pour
des mécanismes utilisant un élément intermédiaire 6, qui tourne autour des
anneaux 4 et 5
du plan de glissement principal. Dans le cas de la figure 14, élément
intermédiaire 6 tourne
autour de l'anneau extérieur 4, et glisse, sur des bandes de plastique 27 qui
ont un faible
coefficient de friction, assurant le glissement libre de l'élément
intermédiaire 6 autour de
l'anneau. Les anneaux 4 et 5 sont libres l'une par rapport à l'autre, de
glisser sur des plans
lubrifiés, ou sur bandes à faible coefficient de friction. Ainsi, les trois
structures 2, 3, et 6
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sont libres l'une par rapport à l'autre, de tourner autour de l'axe 13. Dans
le cas de la figure
15 l'élément intermédiaire est monté autour de l'anneau intérieur 5 et glisse
sur des bandes
à faible coefficient de fiiction 27.
Des le cas de la figure 16, l'illustration montre deux éléments intermédiaires
possédant leur
propre plan de glissement sur bandes à faible coefficient de fi-iction 27.
L'élément 25 est
libre de tourner autour de l'axe 13 et est indépendant des autres structures
2, 3 et 6. De
même l'élément 6 est indépendant et libre de tourner autour de l'axe 13.
La figure 17 représente des anneaux 4 et 5, librent de tourner l'un par
rapport à l'autre, sur
un plan de roulement à billes 29. Également, l'élément intermédiaire 6 est
monté sur un
roulement à billes ce qui lui permet d'être libre de tourner autour de l'axe
13.
Dans la figure 18, une pièce servant de support 7 pour relier le vérin 8 à
l'adaptateur, est
représenté comme boulonné à la surface de l'adaptateur entre l'anneau
intérieur et la
surface de (adaptateur. La pièce 7 permet de modifier un adaptateur, sans
souder sur sa
structure, le support est fixé par boulons.
Les dessins présentés ne doivent pas être considérés comme seule possibilité
d'application
de (invention, des modifications et des raffinements peuvent être réalisés.
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