AUTOMATIC CONTROL SYSTEM FOR A HYDRAULIC POWER UNIT SUPPLYING A VIBRATOR WITH HYDRAULIC FLUID

SYSTEME D'ASSERVISSEMENT D'UN GROUPE HYDRAULIQUE ALIMENTANT EN FLUIDE HYDRAULIQUE UN VIBRATEUR

Abrégé français

Le système d'asservissement d'un groupe hydraulique (7) selon l'invention
comprend une pompe (8) entraînée par un moteur (9) alimentant en fluide
hydraulique un vibrateur (1) ou système vibrant comportant des masses
excentriques entraînées en rotation par au moins un moteur hydraulique
recevant ledit fluide. Il comprend en outre des moyens d'adaptation permettant
d'adapter en continu la vitesse de rotation du moteur (9) du groupe
hydraulique (7) en fonction de l' énergie réellement consommée par le
vibrateur (1).

Revendications

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Revendications
1. Système d'asservissement d'un groupe hydraulique (7) comprenant
une pompe (8) entraînée par un moteur (9) alimentant en fluide hydraulique un
vibrateur (1) ou système vibrant comportant des masses excentriques
entraînées en rotation par au moins un moteur hydraulique recevant ledit
fluide,
caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'adaptation permettant
d'adapter en continu la vitesse de rotation du moteur (9) du groupe
hydraulique (7) en fonction de l'énergie réellement consommée par le
vibrateur (1).
2. Système selon la revendication 1,
caractérisé en ce que le groupe hydraulique (7) comprend une pompe (8) à
débit variable par variation de sa cylindrée et en ce qu'il comprend des
moyens assurant un réglage en continu de la cylindrée de la pompe (8) de
manière à obtenir un débit égal à une valeur de consigne.
3. Système selon l'une des revendications 1 et 2,
caractérisé en ce que le moteur du groupe hydraulique comprend un dispositif
de mesure de son taux de charge et en ce qu'il comprend des moyens assurant
un réglage en continu de la vitesse de rotation du moteur en fonction dudit
taux de charge.
4. Système selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que le vibrateur (1) est muni d'un capteur de fréquence des
vibrations (16), le moteur (9) du groupe hydraulique (7) est un moteur
thermique équipé d'un dispositif de mesure de son taux de charge et les
susdits
moyens d'adaptation comprennent des moyens d'asservissement comportant :

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~ une première boucle d'asservissement (B1) comportant un soustracteur
(21) servant à mesurer un premier écart entre la fréquence mesurée par
le capteur de fréquence (16) et une fréquence de consigne (C1) et un
correcteur de fréquence (22) qui applique aux moyens de réglage de la
cylindrée de la pompe (8) un signal de commande de débit fonction
dudit premier écart ;
~ une deuxième boucle d'asservissement (B2) comprenant un soustracteur
(24) servant à mesurer un second écart entre la valeur instantanée du
taux de charge du moteur (9), mesuré par le susdit dispositif de mesure
du taux de charge, et une consigne de taux de charge (C2), et un
correcteur de taux de charge (25) qui applique à un actionneur de
vitesse moteur, un signal de commande fonction dudit second écart.
5. Système selon la revendication 4,
caractérisé en ce que le correcteur de taux de charge reçoit un signal de
commande de cylindrée maximum émanant du correcteur de fréquence (22).
6. Système selon la revendication 4,
caractérisé en ce que le susdit capteur de fréquence (16) est remplacé par un
capteur de débit hydraulique placé entre la pompe (8) et le vibrateur (1).
7. Système selon la revendication 4,
caractérisé en ce que la consigne (C2) de taux de charge est réglable par
l'utilisateur.
8. Système selon la revendication 4,
caractérisé en ce que la consigne (C2) de taux de charge est fixe.
9. Système selon l'une des revendications 4 à 8,
caractérisé en ce que la susdite consigne de fréquence est réglable par
l' utilisateur.

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10. Système selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que le susdit vibrateur est à moment fixe ou à moment
variable.
11. Système selon l'une des revendications 1 à 9,
caractérisé en ce que le susdit système vibrant est de type fusiforme.
12. Système selon la revendication 5,
caractérisé en ce que si le taux de charge mesuré est plus faible que la
consigne (C2) et que la commande de cylindrée de la pompe n'est pas au
maximum, les moyens d'asservissement (14) commandent un ralentissement
du moteur (9) et si le taux de charge mesuré est plus fort que la consigne
(C2),
les moyens d'asservissement commandent une accélération du moteur.
13. Système selon la revendication 4,
caractérisé en ce que le susdit capteur de fréquence (16) est supprimé et
remplacé par des moyens effectuant un calcul théorique de débit à partir de la
commande de cylindrée de la pompe (8) et de la vitesse de rotation du moteur
thermique (9).

Description

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SYSTEME D'ASSERVISSEMENT D'UN GROUPE HYDRAULIQUE
ALIMENTANT EN FLUIDE HYDRAULIQUE UN VIBRATEUR
Le demandeur revendique la priorité à l'égard de la demande en raison de la
demande qui suit, déposée antérieurement de façon régulière: demande no 07
04783 déposée en France le 3 juillet 2007, intitulée SYSTEME
D'ASSERVISSEMENT D'UN GROUPE HYDRAULIQUE ALIMENTANT
EN FLUIDE HYDRAULIQUE UN VIBRATEUR, laquelle est incoporée à la
demande par renvoi.
La présente invention concerne un système d'asservissement d'un groupe
hydraulique alimentant en fluide hydraulique un vibrateur du type de ceux
utilisés pour l'enfoncement dans le sol d'objets, tels que des pieux, des
palplanches, ou même un système vibrant fusiforme par exemple du type de
celui désigné par la marque "Vibrolance" déposée au nom de la
Demanderesse.
Plus précisément, la "Vibrolance" est un vibrateur fusiforme utilisé pour les
procédés d'amélioration des sols, tels que la vibro-compaction ou les colonnes
ballastées. Elle comporte une masselotte tournant à une vitesse de l'ordre de
1500 à 3200 tours/min, de façon à obtenir une force dans le plan
perpendiculaire à son axe de rotation.
D'une manière générale, on sait que pour ce type d'application, on utilise
fréquemment des vibrateurs comportant, montés rotatifs, à l'intérieur d'un
boîtier, une ou plusieurs paires de masses excentriques (masselottes) tournant
à la même vitesse mais en sens opposé, de manière à obtenir une résultante
consistant en une force verticale d'intensité sinusoïdale, (les composantes
horizontales de la force s'annulant).

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Usuellement, les masses excentriques sont entraînées en rotation, par exemple
par des moteurs hydrauliques montés sur le boîtier, à des vitesses de l'ordre
de
1200 à 3000 tours/min.
L'amplitude des vibrations engendrée du fait de cette rotation est fonction du
moment excentrique, de la fréquence (vitesse de rotation) et du poids total du
système (ensemble vibrateur/étrier/objet à enfoncer).
Le moment du vibrateur peut être f xe ou variable. Dans ce dernier cas, le
vibrateur comprend au moins deux trains de masses excentriques, chacun des
trains comprenant au moins une paire de masses excentriques tournant en sens
inverse, tandis que les deux trains de masses excentriques sont couplés l'un à
l'autre par l'intermédiaire d'un déphaseur. En effectuant le déphasage entre
les
deux trains, il est possible de faire varier l'amplitude des oscillations
entre une
amplitude nulle (opposition de phase) et une amplitude maximum (en phase).
Dans tous les cas, les moteurs hydrauliques reçoivent une énergie hydraulique
qu'ils convertissent en une énergie mécanique de rotation. Un groupe
hydraulique fournit l' énergie hydraulique vers le moteur du vibrateur par
l'intermédiaire de flexibles hydrauliques. Ce groupe hydraulique comprend un
moteur (habituellement un moteur thermique) qui entraîne en rotation une
pompe hydraulique.
La puissance hydraulique absorbée par le vibrateur est très variable. Elle
dépend notamment de la profondeur de fiche de l'objet que l'on veut enfoncer
ainsi que des caractéristiques géologiques du sol traversé (présence
d'incidents
géologiques).
Habituellement, on fait tourner en continu à plein régime le moteur du groupe
hydraulique pour disposer en permanence d'une réserve de puissance. Il en

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résulte donc une consommation importante de carburant, une pollution
atmosphérique accrue ainsi que des nuisances sonores.
L'invention a donc plus particulièrement pour but de supprimer ces
inconvénients.
A cet effet, elle propose un système d'asservissement comprenant des moyens
permettant d'adapter en continu, la vitesse de rotation du moteur du groupe
hydraulique en fonction de l' énergie réellement consommée par le vibrateur.
Avantageusement, le moteur du groupe hydraulique pourra comprendre un
dispositif de mesure de son taux de charge, des moyens étant prévus pour
assurer un réglage en continu de la vitesse de rotation du moteur en fonction
du taux de charge.
Par ailleurs, pour compenser les variations de débit dues aux variations de
vitesse du moteur, on pourra utiliser une pompe à cylindrée variable. Le
système pourra alors comprendre des moyens de réglage en continu de la
cylindrée de cette pompe de façon à obtenir le débit nécessaire (consigne).
Un mode d'exécution de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non
limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 est une représentation schématique d'un vibrateur et de son
circuit d'alimentation en fluide hydraulique, et de son circuit de
contrôle/commande ;
La figure 2 est un schéma de principe du double système
d'asservissement mis en oeuvre dans le circuit de contrôle/commande
illustré figure 1.

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Dans l'exemple illustré sur la figure 1, on a représenté schématiquement un
vibrateur 1 de type classique suspendu au crochet 2 d'un engin de levage par
l'intermédiaire d'un étrier de suspension 3. Ce vibrateur 1 sert à effectuer
l'enfoncement d'une palpla.nche 4. La liaison entre le boîtier du vibrateur 1
et
la palplanche 4 est assurée par une pince hydraulique 5.
Les masses excentriques du vibrateur 1 sont entraînées en rotation par au
moins un moteur hydraulique 6 alimenté en fluide hydraulique sous pression
provenant d'un groupe hydraulique 7 faisant intervenir une pompe
hydraulique 8 à débit variable commandée par un actionneur permettant un
réglage en continu de la cylindrée de la pompe 8 et un moteur 9 servant à
l'entraînement en rotation de la pompe 8. La liaison entre la pompe 8 et le
moteur 6 du vibrateur 1 s' effectue au moyen de deux conduits souples, à
savoir, un conduit d'alimentation haute pression 10 et un conduit de retour à
la
bâche 11, basse pression.
Le moteur 9 consiste ici en un moteur thermique équipé d'un dispositif de
mesure du taux de charge du moteur (c'est-à-dire le ratio puissance
utilisée/puissance disponible). Il doit aussi être équipé d'une commande
asservie de sa vitesse de rotation.
Le circuit de contrôle/commande associé au vibrateur 1 et au groupe
hydraulique 7 fait intervenir :
- un boîtier de commande 12 (interface homme/machine) comprenant un
bouton 13 (ou analogue) de réglage de la fréquence vibratoire,
- un calculateur central 14 raccordé électriquement au moteur thermique 9
(liaison bidirectionnelle 15), à la pompe hydraulique 8(commande de
variation de la cylindrée) et à un capteur de fréquence 16 monté sur le
boîtier du vibrateur 1. La liaison bidirectionnelle 15 permet au calculateur

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d'effectuer la commande de la vitesse de rotation du moteur 9 et au moteur
9 d'envoyer au calculateur 141'information relative à son taux de charge.
L'ensemble groupe hydraulique 7/vibrateur 1 a été schématiquement
représenté par un bloc 20 dans le schéma de la figure 2.
Cet ensemble est soumis à un double asservissement comportant :
- Une première boucle d'asservissement B1 comportant un soustracteur 21
servant à mesurer l'écart entre la fréquence mesurée par le capteur de
fréquence 16 et une fréquence de consigne C1 affichée sur le bouton 13. Le
signal d' écart (erreur) délivré par le soustracteur 21 est transmis à un
correcteur de fréquence 22 qui élabore un signal de commande de cylindrée
de pompe (débit) qui est appliqué à l'actionneur 23 de réglage de la
cylindrée de la pompe (actionneur de débit).
- Une deuxième boucle d'asservissement BZ comprenant un soustracteur 24
servant à mesurer l' écart entre la valeur instantanée du taux de charge du
moteur 9, mesurée par un indicateur de taux de charge IT équipant le
moteur 9 et une consigne de taux de charge CZ. Le signal d'écart (erreur)
délivré par le soustracteur 24 est transmis à un correcteur de taux de charge
qui élabore un signal de commande de vitesse moteur qu'il applique à un
actionneur de vitesse moteur (organe de puissance 26). Dans cet exemple, le
correcteur de taux de charge 25 reçoit une information relative à la
25 commande de cylindrée maximum émanant du correcteur de fréquence 27.
Le principe du système d'asservissement précédemment décrit est alors le
suivant :
o Tout d'abord, l'opérateur définit une consigne de fréquence vibratoire,
grâce au bouton dédié 13 du boîtier de commande 12 ;

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o Le capteur de vibration 16 mesure en continu la fréquence vibratoire
réelle du vibrateur 1 ;
o Le calculateur 14 compare l'écart entre la fréquence désirée (consigne
C1) et la fréquence mesurée émanant du capteur 16 et commande en
conséquence la correction du débit de la pompe 8(en provoquant une
variation de sa cylindrée) ;
o En même temps, le calculateur 14 compare le taux de charge mesuré du
moteur 9 par rapport à la consigne de taux de charge CZ. Le calculateur
14 corrige en conséquence la vitesse de rotation du moteur thermique 9.
(Si le taux de charge mesuré est plus faible que la consigne C2 et que la
commande de cylindrée de pompe n'est pas au maximum, le calculateur
14 commande un ralentissement du moteur 9, par exemple par action
sur la commande des gaz. Si le taux de charge mesuré est plus fort que
la consigne C2, le calculateur 14 commande une accélération du moteur
9). Plus la consigne de taux CZ de charge est élevée (proche de 100%),
meilleure sera l'économie de carburant réalisée. A l'inverse, une
consigne C2 faible imposera au moteur 9 de fonctionner à plein régime.
Cette consigne C2 de taux de charge pourra éventuellement être réglée
par l'utilisateur grâce à un organe de réglage tel que par exemple un
bouton de réglage 28 du boîtier 12. Néanmoins, cette consigne pourra
être fixe et non modifiable par l'utilisateur.
En résumé, cette solution consiste à asservir en même temps deux actionneurs
(débit pompe et vitesse de rotation du moteur thermique) d'un même
processus en fonction de deux paramètres distincts (respectivement la
fréquence vibratoire et le taux de charge du moteur thermique).

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Quand on agit sur l'un des deux asservissements, l'autre doit effectuer une
compensation, car chacun agit sur le même processus.
Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux dispositions précédemment
décrites. Ainsi, par exemple, le capteur de fréquence pourra être remplacé par
un capteur de débit hydraulique placé entre la pompe 8 et le vibrateur 1: la
fréquence vibratoire étant fonction du débit, le résultat est sensiblement le
même.
De même, le capteur (de fréquence 16 ou de débit) peut être supprimé et
remplacé par des moyens effectuant un calcul théorique de débit, à partir de
la
commande de cylindrée de pompe et de la vitesse de rotation du moteur
thermique.

Dessin représentatif