Brevet FR2005642A1 — publié le 19691212

i 2005642 La présente invention concerne un dispositif de protection d'une roue de véhicule freinée à l'air comprimé contre les freinages excessifs, en particulier les roues des wagons de chemins de fer, dans lequel l'admission d'air comprimé au cylidre de frein 5 peut se faire soit à un palier supérieur de pression soit à un palier inférieur de pression, et dans lequel on prévoit un dispositif de commande qui, normalement, fait fonctionner le palier supérieur de pression, et qui, dans le cas d'un freinage excessif de la roue, agit pour faire intervenir momentanément le palier infé-10 rieur de pression. Dans un dispositif de protection de ce genre qui est déjà connu, le dispositif de commande fait intervenir le palier inférieur de pression toutes les fois qu'il fonctionne lui-même» De plus ce dispositif de commande ne fonctionne que lorsque la roue 15 du véhicule est immobilisée. Un tel mode de fonctionnement est souvent indésirable. Dans le freinage des trains rapides circulant â grande vitesse sur des rails qui sont glissants sur une distance importante, l*organe de commande du dispositif de protection déjà connu fonc-20 tionnerait plusieurs fois successivement, ce qui provoquerait plusieurs vidanges et remplissages successifs du cylindre de frein. Le réservoir d'air d'alimentation se viderait ainsi progressivement, si bien que la pression disponible pour le remplissage du cylindre de frein diminuerait progressivement. On voit facilement 25 qu'on risquerait ainsi de voir s'établir dans le cylindre de frein une pression trop faible pendant l'intervention momentanée du palier inférieur de pression. Le risque de voir apparaître des défauts de rond sur la roue du véhicule augmenterait encore du fait que le dispositif de command^ne fonctionne que lorsque le vitesse 30 de rotation de la roue est nulle. La présente invention a pour but d'améliorer le dispositif de protection déjà connu, de façon à éviter les risques précités. Suivant cette invention, on prévoit un organe de sécurité fonctionnant quand la pression dans le réservoir d'air d'alimentation 35 a diminué jusquîà une certaine valeur minimale, et le fonctionnement de cet organe de sécurité s'oppose à ce que ^intervention du palier inférieur de pression soit déclenché par le dispositif de commande actionné par un ralentissement excessif de la roue du véhicule. 40 On décrira maintenant trois exemples de réalisation de l'objet BAD ORIGINAL 69 10371 2 2005642 de la présente invention à l'aide des figures jointes, dans lesquelles : - , La fige 1 montre schéïnatiquement un- premier exemple du dispositif de protection; 5 Les fig. 2 et 3 représentent respectivement la variation de la pression et la variation de la vitesse pendant un freinage qui fait patiner la roue du véhicule sur la voie; Les fig. 4 et 5 représentent deux autres exemples de réalisation du dispositif de protection» 4 10 On voit sur la fig» 1 qu'un enroue 7 d'un wagon de chemins de fer qui roule sur un rail 6 porte un disque de frein Ô, contre lequel un piston 10 qui peut se déplacer axialement dans un bâti 9, peut être appuyé par l'air comprimé provenant d'un conduit 11. Un dispositif de desserrage 12, conforme par exemple à celui qui est 15 décrit et représenté dans le brevet américain 2 366 044, est installé daus un bâti fixé au véhicule d'une façon non représentée. Ce dispositf de desserrage comporte une soupape 15, qui est normalement fermée, et qui peut faire communiquer un conduit 13 avec un échappement 75. La soupape 15 est fixée sur une pièce tournant 20 avec l'essieu 14, et elle est commandée par une pièce d'inertie 58 montée sur 1?essieu 14 et pouvant tourner relativement à cet essieu 14 contre l'action d'un ressort. Le dispositif de desserrage fonctionne et- ouvre la soupape 15 lorsque le ralentissement Ta roue 7 est excessif, par exemple quand il atteint 3 à 4 m/s . 25 L'envoi d'air comprimé sur le piston 10 est assuré par un ré servoir d'air d'alimentation 16, connecté à la conduite générale 10 par l'intermédiaire d'une soupape de retenue 17» A partir du réservoir 16, un conduit 19 aboutit à un compartiment 21 d'une valve-relais 20, dans laquelle un corps de soupape 22 chargé par 30 un ressort et percé d'un passage axial peut coulisser. Sous l'action de ce ressort, le corps de soupape 22 est normalement appuyé contre un siège de soupape, si bien que le compartiment 21 est isolé d'un deuxième compartiment 23 situé sous le corps de soupape. Une tige de soupape 24 est portée par deux membranes qui ont 35 des diamètres différents et qui séparent l'un de l'autre les deux autres compartiments de pression 25 et' 26. Lors d'un déplacement ascendant de .la tige de soupape 24, celle-ci rencontre le corps de soupape 22 et ferme son passage axial, ce qui arrête l'évacuation de l'air du compartiment 23, évacuation qui se poursuit habituel-40 lement. Si la tige de soupape 24 continue à se déplacer, elle BAD ORIGINAL 69 5 10 15 20 25 30 35 40 10371 3 2005642 sépare le corps de soupape 22 de son siège, et fait ainsi communiquer les deux compartiments 21 et 23 entre eux. L'air comprimé est ainsi envoyé du réservoir 16 dans le compartiment 23, puis aboutit au conduit 11 du piston 10 par un conduit 27 et par une valve de commutation 20 qui se trouve normalement dans la position représentée. Pour actionner la tige de soupape 24, le compartiment de pression 26 est relié à un distributeur 30 par un conduit 29. En ce qui concerne ce distributeur, qui n'est pas représenté", individuellement, on admet qu'il est conformé comme un distributeur à trois pressions, et comporte par suite un réservoir de command# 31. De plus ce distributeur 3o est relié à la conduite générale 1& par un conduit 32 et au réservoir de commande 16 par un conduit 33, et il comporte un échappement 57 pour évacuer l'air du conduit 29« Quand le frein est actionné par le mécanicien, celui-ci fait baisser la pression dans la conduite générale lô. Il en résulte que la pression existant dans le réservoir de commande 31 peut établir entre le réservoir d'air d'alimentation 16 et le compartiment 26 sfe la valve-relais 20 une liaison qui se fait par les conduits 33 et 29. Les deux compartiments 23 et 25 de la valve-relais 20 sont reliés à une valve de commutation 34, commandée par un électro-^iaant 35. La valve de commutation possède un corps de soupape 36 coulissant, chargé par un ressort, et qui, lorsque 1'électro-aimant 35 n'est pas excité, appuie contre un siège supérieur de soupape sous l'influence de son ressort, sépare ainsi l'un de l'autre les deux compartiments 23 et 25 de la valve-relais 20, et fait communiquer le compartiment 25 avec l'air extérieur par l'intermédiaire d'un échappement 37. Quand 1'électro-aimant 35 est mis en circuit, le corps de soupape 36 est poussé contre son siège inférieur; de ce fait les deux compartiments 23 et 25 communiquent entre eux et l'échappement 37 est fermés Dans la position de repos de la valve de commutation 34, qui est la position représentée, le palier supérieur de pression intervient dans les freinages, tandis que le palier inférieur de pression intervient dans l*autre position de cette valve de commutation. Cela tient à ce que la membrane supérieure, de petit diamètre, produit seule une influence dans la position de repos de la valve de commutation 34? du fait que le compartiment 25 est vidé d'air pour ramener la tige de soupape 24 dans la position de fermeture dans laquelle le corps de 69 10371 4 2005642 soupape 22 appuie sur son siège et la tige de soupape 24 ferme en même temps le passage axial du corps de soupape 22» Inversement, lorsque 1Télectro-aimant 35 est excité, la petite membrane supérieure de la valve-relais 20 est sans action, si bien que la gros-5 se membrane inférieure produit seule un effet pour le retour de la tige de soupape 24. L'électro-aimant 35 peut être mis en circuit et hors circuit au moyen du dispositif de commande 30. Ce dernier comprend deux compartiments de pression 40 et 41 installés dans un bâti commun 10 et séparés l'un de l'autre par une membrane 39. Le compartiment 40 communique directement avec le conduit 13 tandis que le comparti:*-ment 41 communique par l'intermédiaire d'un orifice calibré 42 avec ce même conduit 13 qui aboutit au dispositif de desserrage déjà décrit. Pour remplir les deux compartiments, on prévoit un 15 conduit 44 qui comporte un orifice calibré 43 et qui communique avec le réservoir 16 parole conduit 19. La membrane 39 porte une tige de soupape 45 qui est reliée au corps de soupape 2è déjà mentionnéç et qui est guidée de façon étanche en deux parois du bâti qui ferment les compartiments 40 et 41. Lorsque les eomparti-20 ments 40 et 41 se trouvent à la même pression, le corps de soupape 20 appuie contre un siège inférieur 46 sous l'action d'un ressort, si bien que les conduits 11 et 27 communiquent entre eux et sont séparés d'un échappement 47. Au contraire, lorsque le corps de soupape 20 est poussé vers le haut contre un siège supérieur, le 25 conduit 11 est séparé du conduit 27 et communique avec l'air extérieur par l'échappement 47. L'extrémité inférieure de la tige de soupape 45, qui sort du bâti du dispositif de commande 3$, est reliée à un contact 4$ qui est mis à la terre. Le contact 40 normalement ouvert, ainsi que la batterie 50 30 qui est mise à la terre, se trouvent dans un circuit électrique comprenant un relais 49 à desexcitation temporisée d'environ 3 s» Avec la batterie 50 et un contact de travail 52 d'un interrupteur pneumatique 53, un contact dejtravail 51 de ce relais 49 forme un autre circuit qui contient la bobine de 1'électro-aimant 35» Un 35 piston 54 de l'interrupteur 53, qui est chargé par un ressort précontraint 56, est chargé lui-même par l'air du réservoir 16S par l'intermédiaire du conduit 55. On choisit avantageusement la précontrainte du ressort 56 de façon que, lorsque la pression du réservoir 16 dépasse une pression miniraale qui est d'environ 3 kg/ 40 cm , le piston 54 soit poussé vers le bas et ferme le contact de 69 10371 5 2005642 travail 52. On décrira maintenant plus complètement le fonctionnement du dispositif de protection décrit ci-dessus. Lorsque la conduite générale 18 n'est pas sous pression et que les réservoirs 16 et 31 5 sont vides, toutes les pièwes occupent les positions représentées. Lorsque le wagon roule avec le frein desserré, la conduite générale 1$ et les deux réservoirs sont au contraire chargés à la pression de service de 5 kg/cm . Il en résulte que la pression qui charge le piston 54 de l'interrupteur 53 peut pousser ce piston 10 vers le bas et fermer ainsi le contact de travail 52. De plus les deux compartiments 40 et 41 du dispositif de commande 30 se trouvent à la même pression, et la tige de soupape 45 est maintenue dans la position représentée, par le ressort qui la charge. Comme le contact 40 est ouvert, le relais 49 est désexcité, son contact 15 51 est ouvert, et le circuit de 1'électro-aimant 35 est ouvert. Le corps de soupape 36 de la valve de commutation 34 se trouve ainsi sous l'influence du ressort qui le charge, c'est-à-dire dans la position représentée qui, comme on l'a déjà dit, correspond au palier supérieur de pression. Le distributeur 30 se trouve 20 dans la position de desserrage, dans laquelle il fait communiquer le conduit 29 avec l'échappement 57. Le compartiment 26 de la valve-relais 20 se trouve ainsi sans pression, et maintient la tige de soupape 24 dans la position représentée, dans laquelle le compartiment 23 et par suite également le conduit 11 se vident par le 25 passage axial du corps de soupape 22. Pour effectuer un freinage, le mécanicien réduit la pression dans la conduite générale l£, ce qui fait fonctionner le distributeur 30. Après fermeture de l'échappement 57, il y a communication entre le conduit 33 et 29, ce qui charge le compartiment 26 de la 30 valve relais à une pression corrspondant à la baisse de pression précitée. Sous l'influence de cette pression, la tige de soupape 25 s'élève, ferme le passage axial du corps de soupape 22, et élève ce corps de soupape au-dessus de son siège. Ensuite, l'air comprimé partant du réservoir 16 aboutit au piston de cylindre de 35 frein 10 par le conduit 19, les compartiments 21 et 23 et les conduits 27 et 11. Cette arrivée d'air se poursuit jusqu'à ce que la pression du compartiment 23 soit suffisante pour pousser la tige de soupape 24 dans la position de fermeture, dans laquelle le corps de soupape 22 repose sur son siège. 40 Si le rail 6 est glissant, il est possible que la roue 69 10371 6 2005642 freinée 7 patine sur ce rail, et que sa vitesse de rotation diminue rapidement» Le dispositif de desserrage 12 fonctionne alors et ouvre la soupape 15, ce qui fait communiquer le compartiment 40 du dispositif de commande 38 avec l'échappement 75 par le conduit 13. 5 Tandis que ce compartiment se vide immédiatement, la vidange du compartiment 41 se trouve ralentie par l'ouverture calibrée 42, si bien que le compartiment 41 est le siège d'une surpression par rapport au compartiment 40, et que cette surprtssion fait remonter la tige de soupape 45. La séparation qui en résulte entre le corps 10 de soupape 23 et le siège inférieur 1+6 fait communiquer le conduit 11 avec l'échappement 47 ce qui supprime la pression agissant sur le piston de cylindre de frein 10, et desserre le frein. Simultanément, le contact entre le corps de soupape 28 et le siège supérieur de soupape interrompt la communication entre les conduits 11 15 et 27, et de plus le contact 4Ô se ferme. Le relais 49 se trouve excité et, par le contact 51, ferme le circuit de 1'électro-aimant 35, qui actionne la valve de commutation 34 et par suite fait intervenir le palier inférieur de pression. Par suite du desserrage du frein, la roue 7 accélère de nou-20 veau et.la soupape 15 se ferme. Les compartiments 40 et 41 du dispositif de commande 38 sont alors chargés à partir du réservoir 1§, par les conduits 19 et 44 et les orifices calibrés 43 et 42, et la tige de soupape 45 revient en arrière dans la position de repos représentée, sous l'influence.du ressort qui la charge. De ce fait^ 25 le piston de cylindre de frein 10 est remis sous pression de la façon déjà décrite, et le relais 49 est désexcité par l'ouverture du contact 4Ô. Pendant le temps de retour au repos du contact 51 l'électro-aimant 35 reste excité., si bien que le palier inférieur de pression|reste actif pour charger le piston de cylindre de frein 30 10 en air comprimé. La pression p correspondant à cet étage est dhcdEie assez faible pour que la roue ne patine pas dans les conditions normales. Après ouverture du contact 51 la valve de commutation 34 revient dans la position représentée, dans laquelle intervient le palier supérieur de pression, 35 L'opération est représentée graphiquement sur les fig. 2 et 3. La fig. 2 montre la variation de la pression p agissant sur le piston de cylindre de frein 10, en fonction de la distance s parcourue par le wagon. La fig. 3 montre au contraire la vitesse cir-conférentielle de la roue 7 en fonction de cette distance s . On 40 voit sur la fig. 2 que le freinage commence au point A avec une bad original 69 10371 7 2005642 pression p constante, déterminée par le palier supérieur de pression, et se poursuit jusqu'au point B. En ce dernier point, la roue commence à patiner, ce qui réduit immédiatement la pression p au point C. Ensuite la pression p augmente au point D, jusqu'à une 5 valeur plus faible correspondant au palier inférieur de pression. La pression reste ensuite constante jusqu'au point E, qui correspond à l'ouverture du contact 51. Ensuite la pression p augmente de nouveau au point F jusqu'à une valeur plus élevée correspondant au palier supérieur de pression. On voit sur la fig. 3 que la vi-10 tesse v de la roue diminue faiblement à l'instant du patinage, pour reprendre ensuite sa valeur initiale. La pression^st plus faible au point F qu'au point B, parce que, pour chrager de nouveau le piston de cylindre de frein 10 en air comprimé au point C, il faut prélever la quantité d'air néces-15 saire dans le réservoir 16, dont la pression diminue en conséquence. Il est possible malgré cela que, au point F , la roue 7 se trouve encore dans une zone glissante du rail, si bien que le dispositif de desserrage fonctionne de nouveau. L'opération déjà décrite de desserrage et de resserrage du frein se produit une deux-20 ièae fois de la façon déjà décrite, et la pression p prend finalement la valeur correspondant au point G. On voit sur la fig» 2 qu'à chaque fonctionnement du dispositif de protection, la pression p diminue parce que le réservoir 16 se vide de plus en plus, si bien que, pendant le palier inférieur de pression, le freinage 25 a une force entraînant une augmentation importante du parcours de freinage. Lorsque la pression du réservoir 16 a diminué jusqu'à la valeur minimale précitée, 1'interrupteur à pression 53 fonctionne et ouvre son contact de travail, si bien que 1'électro«aimant 35 ne peut plus être excité. Il en résulte que le palier supérieur de 30 pression reste toujours en circuit. S'il en est ainsi par exemple au point H, la pression p augmente immédiatement jusqu'à la valeur correspondant au point J. Les fig. 4 et 5 représentent le deuxième et le troisième exemples de réalisation. Dans ces figures, les pièces correspon-35 dant à celles du premier exemple sont indiquées par les mêmes numéros-repères que dans la fig. 1. Dans l'exemple de la fig* 4, la roue 7 porte un frein à sabot qui agit sur la surface de roulement 59 de cette roue, et qui est serré et desserré par le cylindre de frein 60, quand cejdernier est 40 chargé ou vidé d'air comprimé par le conduit 11. Gomme le coeffi 69 10371 s 2005642 cient de frottement entre le sabot de frein et la surface de roulement de la roue varie fortement avec la vitesse de rotation de celle-ci, un commutateur 6l dont le fonctionnement dépend de la vitesse fait passer la valve-relais 20 du palier inférieur au pa-5 lier supérieur de pression quand une vitesse d'environ 50 km/h est dépassée. Ce commutateur comporte deux masselottes centrifuges 62 qui sont entraînées par l'essieu 14 et qui sont poussées l'une vers l*autre par un ressort 63. Des jumelles 64 relient ces masse-lottes centrifuges 62 à un axe 65 mobile axialement, qui est relié 10 lui-même à une lame de contact d'un commutateur 66, Quand la vitesse de la roue 7 est faible, le commutateur 6l occupe la posi--tion représentée, dans laquelle un circuit électrique partant de la batterie 50 et aboutissant par le contact 66 à 1'électro-aimant 35 de la valve de commutation 34 est fermé» Cette valve 34 fait 15 ainsi agir le palier inférieur de pression. Aux vitesses supérieures à 50 km/h, la lame de contact du commutateur 66 est déplacée, ce qui prépare le circuit du relais 49, qui peut être fermé par le contact 46 du dispositif de*commande 36. Le freinage se déroule comme on lfa décrit à l'aide de la 20 fig. 1, lorsque le wagon roule à une vitesse supérieure à 50 km/h, de façon que le commutateur 6l actionne le palier supérieur de pression» Si la roue 7 patine pendant un tel freinage, le dispositif de desserrage 12 et le dispositif de commande 3^ fonctionnent comme on l'a indiqué à l'aide de la fig. 1, et le dispositif de commande 36 vide le cyliûdre de frein 60 par le conduit 11 et fer-25 me le contact 40. Il en résulte que le relais 49 fonctionne en fermant son contact de travail 51 ce qui ferme un circuit électrique partant de la batterie 50 et aboutissant à 1*électroèaimant 35 par les contacts 66, 51 et 52. De la façon déjà décrite à l?aide de la fig. 1, la valve de commutation 34 fait donc agir le palier infé-30 rieur de pression dans la valve-relais 20 pendant le temps de retour du contact 51, qui est d'environ 3 sec. comme dans le premier exemple. Le fonctionnement du dispositif de commande 38 fait communiquer le cylindre de frein 60 avec 1!échappement 47 par le conduit 11, et par suite vide ce cylindre,, Par suite du fonctionne-35 ment du dispositif de desserrage 12 au début du patinage de la roue sur le rail, celle-ci accélère de nouveau assez rapidement, après vidange du cylindre de frein, pour que la diminution de vitesse de cette roue reste faible, comme le montre la fig. 3. Le commutateur 6l conserve donc sa position en général,, c'est-à-dire 40 lorsque la vitesse du xagon n'est pas voisine de la limite BADORK31NAL 69 10371 9 2005642 de 50 km/h. Si le dispositif de desserrage 12 a fonctionné plusieurs fois pendant une telle opération de freinage, si bien que la pression du réservoir 16 est tombée en dessous de la limite déterminée par 5 le ressort dans l'interrupteur pneumatique 53, le contact 52 s'ouvre et rend impossible une excitation de 1'éleetro-aimant 35. Le fonctionnement du dispositif de commande 38 ne fait donc pas passer la valve-relais 20 sur le palier inférieur de freinage, comme cela a été décrit dans le premier exemple» Dans les freinages ef-10 fectués à partir d'une vitesse inférieure à 50 km/h, le commutateur 61 se trouve constamment dans la position indiquée fig. 4, dans laquelle il ferme un contact de repos 67 qui relie directement la batterie 50 à 1'électro-aimant 35. Quand le dispositif de commande 3ê fonctionne par suite du patinage de la roue 59, le re-15 lais 49 ne peut pas fonctionner parce que le contact de travail du commutateur 6l est maintenant ouvert. Un chargement échelonné du cylindre de frein 60 en air comprimé ne se produit pas, car le risque de patinage est de toute façon faible aux vitesses réduites. Le dispositif*de protection de l'exemple de la fig. 5 ne 20 diffère de celui de la fig. 4 qu'en ce qui concerne la mise en circuit et hors circuit de 1'électro-aimant 35. Le relais 49 de la fig. 4 est remplacé par un interrupteur à pression 60 pour actionner le contact de travail 51. Un compartiment 69 de cet inter* rupteur est fermé par une membrane 71 portant une tige 70. Ge com-25 partiment contient également tin corps de soupape 72 qui est chargé par un ressort et qui, en temps normal, ferme un raccordement tu-bulaire 73 connecté à l'échappement 47 du -dispositif de commande 30, et il se vide d'air à travers un orifice calibré 74. Quand le dispositif de commande 3^ fonctionne, l'air comprimé 30 sortant par l'échappement 47 produit dans le tuyau 73 une pression qui écatte le corps de soupape 72 du tuyau 73, contre l'action du ressort chargeant ce corps de soupape, si bien que le compartiment 69 se remplit d'air comprimé s'écoulant lentement à travers l'orifice calibré 744 Cette pression ferme le contact de travail 51 de 35 la même façon que le faisait le relais 49 dans l'exemple de la fig. 4. Par ailleurs, le phénomène accompagnant le fonctionnement du dispositif de desserrage 12, se déroule de la même façon que ce qui a été indiqué à l'aide de la fig. 4. 69 10371 10 2005642 REVENDICATIONS 1) Dispositif de protection contre le freinage excessif d'une roue de véhicule freinée à l'air comprimé en particulier d'une roue de wagon de chemins de fer, dont le cylindre de frein peut 5 être chargé en air comprimé provenant d'un réservoir d'air d'alimentation d'une façon commutable entre un palier supérieur et un palier inférieur de pression, dans lequel on prévoit un dispositif de commande qiii, en temps normal, fait agir le palier supérieur de pression et qui fonctionne à la suite d'un freinage excessif de la 10 roue, ce qui peut faire intervenir momentanément le palier inférieur de pression, ce dispositif de protection étant caractérisé par le fait qu'il comprend un organe de sécurité 53 fonctionnant à une pression minimale du réservoir d'air d'alimentation 16 et dont le fonctionnement empêche l'intervention du palier inférieur 15 de pression sous l'effet du dispositif de commande 12, 3& fonctionnant par suite d'un ralentissement excessif de la roue du véhicule. 2) Dispositif de protection conforme à la revendication 1, dans lequel le dispositif de commande comprend un commutateur à 20 temps et un dispositif de desserrage, la durée d'action du palier inférieur de pression dépendant du commutateur à temps et le commutateur à temps pouvant être actionné par le dispositif de desserrage, ce dispositif de protection étant caractérisé par le fait que le dispositif de desserrage 12 fonctionne sur un ralentisse-25 ment excessif de la roue du véhicule. 3) Dispositif de protection conforme à la revendication 2, comportant une valve-relais qui peut être actionnée par un palier inférieur ou un palier supérieur de pression, et caractérisé par le fait qu'il comprend un commutateur 6l qui fonctionne en fonc- 30 tion de la vitesse de la roue et qui empêche le fonctionnement de la valve-relais 20 sur le palier supérieur de pression en dessous d'une certaine vitesse limite» 4) Dispositif de protection conforme à la revendication 3, caractérisé par le fait que, lorsque le dispositif de sécurité 53 35 fonctionne au-dessus de la vitesse limite, la valve-relais est maintenue sur le palier supérieur de pression indépendamment du commutateur à temps 49, 60.