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WO 2005/016728 PCT/EP2004/007660
VEHICULE LOURD
L'invention concerne un véhicule lourd tel qu'un véhicule de transport ou un
engin de Génie Civil , d'une masse supérieure à 500 tonnes, équipé de
pneumatiques
de diamètre supérieur à trois mètres cinquante.
De tels véhicules, destinés généralement à porter de lourdes charges,
comprennent un train avant directeur comportant deux roues directrices et un
train
arrière, le plus souvent rigide, comportant quatre roues motrices réparties
deux à deux de
chaque côté.
Un train est défini comme un ensemble des éléments permettant de relier la
structure fixe du véhicule au sol.
La direction axiale ou transversale du pneumatique est parallèle à l'axe de
rotation du pneumatique.
La direction circonférentielle du pneumatique, ou direction longitudinale, est
la
direction correspondant à la périphérie du pneumatique et définie par la
direction de
roulement du pneumatique.
L'axe de rotation du pneumatique est l'axe autour duquel il tourne en
utilisation
normale.
Dans le cas de véhicules, notamment destinés à des usages dans des mines ou
carrières pour le transport de charges, les difficultés d'accès et les
exigences de
rendement conduisent les fabriquants de ces véhicules à augmenter leur
capacité de
charge. Il s'ensuit que les véhicules sont de plus en plus grands et donc eux-
mêmes de
plus en plus lourds et peuvent transporter une charge de plus en plus
importante. Les
masses actuelles des ces véhicules peuvent atteindre plusieurs centaines de
tonnes et il en
est de même pour la charge à transporter ; la masse globale peut atteindre
jusqu'à 600
tonnes.
La capacité de charge du véhicule étant directement liée à celle des
pneumatiques, il est connu que pour augmenter cette capacité de charge il faut
augmenter
la quantité d'air contenu dans les pneumatiques.
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Actuellement, comme énoncé précédemment, les véhicules de ce type, tels que
les dumper utilisés dans les mines, comportent un train arrière sur lequel
sont montées
quatre roues, jumelées deux à deux, pour répondre à ces exigences.
Par ailleurs, les dimensions de ces roues et en conséquence celles des
pneumatiques et notamment la raideur des zones basses nécessitent que lesdites
roues
soient réalisées en plusieurs parties pour permettre le montage du pneumatique
sur une
jante. Le montage et le démontage de ces pneumatiques qui interviennent en cas
de
remplacement ou d'entretien nécessitent des manipulations longues et
fastidieuses. Le
nombre de pièces de serrage devant être manipulées lors de ces opérations peut
être
supérieur à 200, auquel s'associent des couples de serrage de ces pièces très
importants.
Le temps de ces opérations est en conséquence long et donc nuisible à la
productivité
recherchée dans le travail d'exploitation de ces mines.,
La demande actuelle s'orientant toujours vers une hausse de la capacité de
charge de ces engins, les différents paramètres énoncés précédemment ont
conduit à un
élargissement des pneumatiques de façon à augmenter le volume d'air de ceux-
ci. Il est
en effet quasi-impossible d'augmenter le diamètre des pneumatiques qui a été
atteint
aujourd'hui, et qui est de l'ordre de 4 mètres, notamment pour des raisons de
transport
desdits pneumatiques. En effet, les dimensions de ces pneumatiques vont être
limitées
pour leur transport, notamment par les largeurs de route et par les hauteurs
de passage
sous les ponts. Il est également quasi-impossible de diminuer le diamètre de
jante, celui-
ci permettant notamment la mise en place du système de transmission de couple
moteur
et des systèmes de freinage.
Durant leurs études, les inventeurs ont su mettre en évidence que ces
pneumatiques élargis permettent effectivement d'autoriser une augmentation
de la
charge transportée mais présentent différents inconvénients. Les essais ont en
effet
montré que la résistance à l'usure de ces pneumatiques est diminuée par
rapport à celle
des pneumatiques actuels. Cela conduit à une usure prématurée des pneumatiques
et donc
à une baisse de rendement des véhicules et une diminution de la productivité.
Par ailleurs, la demande de brevet WO 00/71365 a décrit une technique
permettant de simplifier le montage des pneumatiques ceux-ci étant montés
directement
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sur le moyeu, faisant alors office de jante. Des anneaux indépendants jouent
alors le rôle
des sièges de jante et sont maintenus en place par des anneaux de blocage qui
se
solidarisent au moyeu du fait notamment de profils complémentaires.
Les inventeurs se sont ainsi donnés pour mission de répondre à une nouvelle
demande des utilisateurs qui souhaitent voir encore une augmentation de la
capacité de
charge des engins porteurs, notamment utilisés dans les mines, les propriétés
des
pneumatiques en termes d'usure n'étant pas altérées par rapport à celles des
pneumatiques actuels.
Ce but a été atteint selon l'invention par un véhicule lourd, tel qu'un
véhicule de
transport ou un engin de Génie Civil d'une masse supérieure à 500 tonnes,
équipé de
pneumatiques de diamètre supérieur à trois mètres cinquante, comportant un
train avant
muni d'au moins deux pneumatiques et d'un train arrière comportant au moins
deux
pneumatiques et par lequel est transmise au moins une partie de la motricité,
au moins un
des trains comportant au moins quatre pneumatiques associés par deux de part
et d'autre
du train de manière symétrique et deux pneumatiques associés ayant des
largeurs axiales
différentes.
Le véhicule lourd selon l'invention est plus particulièrement un véhicule
lourd
d'une masse supérieure à 500 tonnes, équipé de pneumatiques de structure
radiale
de diamètre supérieur à trois mètres et cinquante centimètres, comportant un
train
avant muni d'au moins deux pneumatiques et d'au moins un train arrière
comportant au moins quatre pneumatiques et par lequel est transmise au moins
une partie de la motricité, caractérisé en ce qu'au moins le train arrière
comporte au
moins quatre pneumatiques associés en paires de part et d'autre du train et de
manière symétrique, en ce que deux pneumatiques associés ont des largeurs
axiales différentes, en ce que les pneumatiques axialement extérieurs sont
plus
étroits, et en ce que seuls les pneumatiques axialement intérieurs de chaque
paire
de pneumatiques associés transmettent au moins une partie de la motricité.
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La réalisation d'un tel véhicule autorise une augmentation de la capacité de
charge de ce type de véhicule tout en conservant des propriétés d'usure
satisfaisantes et
qui ne sont pas dégradées au vu de la situation actuelle. Les inventeurs ont
notamment
mis en évidence que l'élargissement des pneumatiques pour satisfaire
l'augmentation de
la capacité de charge, notamment lorsque ceux-ci sont appairés de part et
d'autre d'un
train conduit à une augmentation de l'usure, notamment du fait de la présence
de
trajectoires courbes suivies par les véhicules. Selon l'invention, des
pneumatiques plus
étroits montés axialement à l'extérieur permettent, notamment dans le cas des
réalisations
préférées lorsqu'ils ne transmettent pas la motricité, de diminuer les
contraintes
longitudinales apparaissant notamment lorsque le véhicule suit le tracé d'une
courbe. En
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effet, lorsqu'un véhicule comportant des pneumatiques appairés ou jumelés suit
le tracé
d'une courbe, les pneumatiques axialement le plus à l'extérieur parcourent une
distance
plus importante pour celui qui est à l'extérieur de la courbe et moins
importante pour
celui qui est à l'intérieur de la courbe.
Les inventeurs ont par ailleurs su mettre en évidence que dans le cas d'un
train
par lequel est transmise au moins une partie de la motricité et qui comporte,
conformément à l'invention, au moins quatre pneumatiques associés par deux de
part et
d'autre du train de manière symétrique, deux pneumatiques associés ayant des
largeurs
axiales différentes, la maîtrise des efforts transmis à chacun des
pneumatiques s'ils sont
tous moteurs est très délicate à mettre en oeuvre. En effet, dans un tel cas
la transmission
de la motricité doit être différente selon la largeur axiale des pneumatiques
de sorte que
les vitesses de défilement de ceux-ci soit identiques ; des largeurs axiales
différentes des
pneumatiques sont associées à des architectures de sommet différentes et donc
des
rigidités dans l'épaisseur de la bande de roulement différentes conduisant à
des vitesses
de défilement différentes pour des circonférences de pneumatiques identiques
et des
entraînements transmis audits pneumatiques identiques.
Pour éviter de tels phénomènes différentiels, concernant les vitesses de
défilement, conduisant à une auto-usure des pneumatiques et pour
simplifier la mise
en oeuvre de la transmission d'au moins une partie de la motricité audit
train, une variante
de l'invention préconise que seuls les pneumatiques axialement intérieurs
transmettent au
moins une partie de la motricité.
Selon une réalisation préférée de l'invention, le train arrière comporte
quatre
pneumatiques et les deux pneumatiques axialement extérieurs ne transmettent
pas la
motricité et n'ont pour fonction essentielle que de porter une partie de la
charge.
De préférence, selon d'autres variantes de réalisation de l'invention, lorsque
l'ensemble des pneumatiques du train arrière transmet au moins une partie de
la
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motricité, le train arrière est avantageusement équipé d'un ou plusieurs
dispositifs
permettant de conférer aux différents pneumatiques des vitesses de rotation
différentes adaptées notamment pour atténuer l'usure des différents
pneumatiques.
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Selon une réalisation avantageuse de l'invention, au moins deux pneumatiques
du train avant peuvent avantageusement transmettre une partie de la motricité.
De préférence, dans une variante de réalisation, l'invention prévoit encore
que le train avant comporte quatre pneumatiques associés par deux de part et
d'autre du train, de manière symétrique, deux pneumatiques associés ayant des
largeurs axiales différentes.
Selon cette variante de réalisation, de préférence au moins deux pneumatiques
dudit train avant transmettent une partie la motricité, comme évoqué
précédemment. De
préférence, les deux pneumatiques axialement intérieurs étant de préférence
les
pneumatiques transmettant la motricité. Comme dans le cas du train arrière,
l'invention
prévoit également selon un autre type de réalisation que, lorsque l'ensemble
des
pneumatiques du train avant transmet au moins une partie de la motricité, le
train avant
est équipé d'un ou plusieurs dispositifs permettant de conférer aux différents
pneumatiques des vitesses de rotation différentes adaptées notamment pour
atténuer
l'usure des différents pneumatiques notamment lors des passages de courbes.
De préférence, une autre variante de réalisation de l'invention prévoit qu'au
moins deux
pneumatiques, et de préférence les pneumatiques du train arrière axialement à
l'extérieur,
ne transmettent pas la motricité uniquement lorsque le véhicule suit une
trajectoire non
rectiligne, ou de préférence lorsqu'il suit une courbe dont le rayon de
courbure est
inférieur à une valeur prédéterminée. Une telle réalisation peut être obtenue
par un
dispositif de découplage entre lesdits pneumatiques et les organes
transmettant la
motricité. Un tel dispositif peut être piloté par les organes directionnels du
véhicule selon
tout moyen connu de l'homme de l'homme du métier.
De la même façon, l'invention prévoit avantageusement que la variante
prévoyant qu'au moins deux pneumatiques du train avant transmettent une partie
de la
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motricité, ne soit effective que lorsque le véhicule suit une trajectoire non
rectiligne, ou
de préférence lorsqu'il suit une courbe dont le rayon de courbure est
inférieur à une
valeur prédéterminée.
De préférence, l'invention prévoit encore le cas d'un véhicule tel que décrit
précédemment dont chacun des pneumatiques est associé à un moteur électrique,
par exemple incorporé dans la roue associée au pneumatique ou dans le moyeu du
train à proximité d'un
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pneumatique dans le cas d'une réalisation selon la technique décrite dans le
document
WO 00/71365, et reprise ci-après.
Selon ces différentes réalisations possibles, l'utilisation de moteurs
électriques
associés à un pneumatique va permettre des répartitions de la motricité
variable en
fonction des pneumatiques et de la trajectoire suivie.
De préférence, de la même façon, l'invention prévoit encore qu'une partie
seulement des pneumatiques transmettant la motricité est pilotée par des
moteurs
électriques; il peut s'agir par exemple des pneumatiques du train avant, ceux
du train
arrière conservant une motorisation et une transmission classique.
De préférence, l'invention prévoit également lorsque la motricité n'est due
qu'à des moteurs électriques, que seuls certains pneumatiques soient associés
à
de tels moteurs électriques et que les autres pneumatiques n'aient pour
fonction
essentielle que le portage.
L'invention prévoit encore avantageusement de combiner le véhicule tel que
défini précédemment à un montage sans roue sur les trains, les pneumatiques
étant mis en
place sur un train prévu à cet effet par l'intermédiaire de premiers anneaux
de montage
formant les sièges des bourrelets des pneumatiques et de seconds anneaux de
blocage
garantissant la mise en place desdits premiers anneaux et donc des
pneumatiques. Un
montage de ce type a déjà été décrit dans la demande de brevet WO 00/71365
citée
précédemment. L'invention requiert selon cette réalisation de prévoir sur les
moyeux des
évidements pour recevoir les anneaux de blocage, la mise en place de deux de
ces
anneaux étant nécessaire par pneumatique. Un tel type de montage des
pneumatiques
permet d'améliorer encore le rendement du véhicule selon l'invention, qui
outre une
usure moins rapide des pneumatiques autorise des interventions plus rapides en
cas de
changement de pneumatiques.
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Quel que soit le mode de réalisation de l'invention, il est toujours
avantageusement prévu que tous tes pneumatiques restent individuellement
associés à un
dispositif de freinage de façon à pouvoir ralentir ou arrêter ce type de
véhicule dans les
meilleures conditions.
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D'autres détails et caractéristiques avantageux de l'invention ressortiront ci-
après de la description d'exemples de réalisation de l'invention en référence
aux figures 1
et 2 qui représentent :
- figure I, un schéma vu du dessus d'un véhicule selon l'invention,
- figure 2, un schéma vu du dessus d'un véhicule selon un second mode de
réalisation de l'invention.
Les figures ne sont pas représentées à l'échelle pour en simplifier la
compréhension. Les figures ne représentent que la moitié des véhicules qui se
prolongent
de manière symétrique par rapport à l'axe XX' qui représente le plan médian
longitudinal
du véhicule.
Sur la figure 1, est représenté de manière schématique un demi-véhicule 1
réalisé conformément à l'invention qui comporte six pneumatiques répartis sur
les deux
trains 5, 6 dont deux pneumatiques directionnels sur le train avant 5. La
figure 1
n'illustrant qu'une moitié du véhicule seuls trois pneumatiques 2, 3, 4 sont
représentés.
Le véhicule 1 schématisé sur cette figure 1 est un véhicule lourd présentant
un
poids total en charge de l'ordre de 800 tonnes.
Les pneumatiques 2 équipant le train avant du véhicule sont des pneumatiques
de grande dimension dont le rapport de forme H/S est 0,50, H étant la hauteur
du
pneumatique sur jante et S la largeur axiale maximale du pneumatique, lorsque
ce dernier
est monté sur sa jante de service et gonflé à sa pression recommandée. Il
s'agit de
pneumatiques de dimension 100/50R69.
Les pneumatiques 3 axialement intérieurs et équipant le train arrière du
véhicule
sont des pneumatiques identiques aux pneumatiques 2 équipant le train avant du
véhicule
et donc de dimension 100/50R69.
Les pneumatiques 4 axialement extérieurs et équipant le train arrière du
véhicule
sont des pneumatiques de grande dimension dont le rapport de forme H/S est 1,
H étant la
hauteur du pneumatique sur jante et S la largeur axiale maximale du
pneumatique,
lorsque ce dernier est monté sur sa jante de service et gonflé à sa pression
recommandée.
Il s'agit de pneumatiques de dimension 44R69.
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Ces différents pneumatiques comprennent une armature de carcasse radiale
composée de câbles métalliques inextensibles en acier orientés radialement,
ancrés dans
chaque bourrelet des pneumatiques.
Les pneumatiques sont montés selon la technique décrite dans la demande de
brevet WO 00/71365. Selon cette technique, chaque train du véhicule est prévu
pour
recevoir les pneumatiques par l'intermédiaire d'anneaux présentant une surface
formant
le siège de réception des bourrelets des pneumatiques. La surface de ces
anneaux est
avantageusement de forme tronconique. Les anneaux de réception sont eux-mêmes
bloqués sur le moyeu du train par l'intermédiaire d'anneaux de blocage dont
une partie de
leur surface est complémentaire de la forme d'évidements prévus sur ledit
moyeu dans
lesquels lesdits anneaux de blocage sont insérés.
Le pneumatique 4 n'a pour fonction essentielle que le portage et ne participe
pas
à la transmission de la motricité. Une telle réalisation consiste à fixer le
pneumatique sur
un système du type roulement libre qui autorise la rotation libre dudit
pneumatique 4.
L'invention ne doit pas être comprise comme étant limitée à ce type de
réalisation, le
pneumatique 4 pouvant selon d'autres réalisations transmettre une partie de la
motricité.
Le véhicule ainsi réalisé autorise une capacité de charge supérieure à celle
des
véhicules actuels et de l'ordre de 800 tonnes. Un véhicule usuel comportant
des
pneumatiques identiques appairés sur le train arrière conduit pour une même
charge
transportable à des dimensions de pneumatiques qui sont les suivantes :
69/70R69.
Ce type de véhicule n'existant pas, il a été impossible de réaliser des essais
toutefois le calcul et des simulations permettent de manière simple pour
l'homme du
métier d'obtenir les charges transportables par ces véhicules, les dimensions
de ceux-ci
ainsi que les contraintes imposées aux pneumatiques et en conséquence une
estimation de
l'usure et de la fatigue qu'ils supportent.
Des simulations ont ainsi été réalisées pour déterminer les durées de vie des
pneumatiques équipant un véhicule selon l'invention et celles des pneumatiques
montés
sur le train arrière d'un véhicule usuel. Les résultats obtenus selon
l'invention sont
supérieurs.
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L'invention peut prévoir que le pneumatique 2 monté sur le train avant 5
participe également à la transmission de la motricité. Le fait que le
pneumatique 2
transmette une partie de la motricité peut améliorer la maniabilité du
véhicule dans les
trajectoires courbes. En effet, une motricité transmise partiellement par les
pneumatiques
du train avant 5 peut faciliter le suivi de la trajectoire lorsque ces mêmes
pneumatiques
sont braqués, notamment lorsque le véhicule est chargé. Il apparaît en effet,
que dans
certaines conditions de charge et de roulage, la maniabilité d'un tel véhicule
selon une
trajectoire en courbe est très difficile voire impossible, le véhicule ne
répondant pas au
braquage imposé par les pneumatiques du train avant. Ces conditions peuvent en
outre
conduire au clivage et à la destruction des pneumatiques du train avant.
La figure 2 illustre un autre mode de réalisation d'un véhicule l' selon
l'invention, qui se différencie du précédent par la présence d'un pneumatique
7'
complémentaire monté sur le train avant 5' et appairé au pneumatique 2'. De la
même
façon que pour le train arrière, le pneumatique 7' présente avantageusement
une largeur
axiale inférieure à celle du pneumatique 2' auquel il est appairé.
L'adjonction de ce
pneumatique peut permettre une répartition de la charge sur plus de
pneumatiques. Une
telle réalisation peut permettre par exemple d'augmenter encore la capacité de
charge ou
bien d'autoriser une diminution de la dimension des pneumatiques, pour une
charge
donnée. La diminution de la dimension des pneumatiques peut notamment
permettre de
concevoir un véhicule dont la largeur reste constante pour une capacité de
charge qui
augmente. Une telle propriété peut être avantageuse dans le cas où le véhicule
doit être
utilisé dans des mines dont les pistes ont des largeurs imposées qu'il n'est
pas possible
d'élargir. Une telle configuration selon l'invention peut notamment conduire à
une
capacité de charge supérieure à 1000 tonnes.
La réalisation d'un tel véhicule l' peut prévoir que le pneumatique 7' a pour
unique fonction le portage d'une partie de la charge. Selon d'autres variantes
de
réalisation, le pneumatique 7' peut participer à la transmission de la
motricité soit de
manière permanente soit de manière temporaire telle qu'évoquée précédemment,
soit
encore de manière variable, par exemple par l'utilisation de moteurs
électriques.
