Brevet FR2059956A1 — publié le 19710611

La présente invention concerne un pantographe perfectionné " pour véhicules ferroviaires à traction électrique, ce pantographe étant plus spécialement destiné à permettre l'alimentation de ces véhicules à des vitesses sensiblement supérieurs à celles prati-5 quées jusqu'à présent. On sait qu'un pantographe destiné au captage du courant pour les locomotives électriques est essentiellement constitué d'une structure inférieure élévatrice fixée sur le toit de la locomotive et supportant par l'intermédiaire d'une suspension élastique des 10 bandes de frottement et leurs accessoires constituant l'archet. Le rôle de la structure inférieure est d'une part, de permettre la mise en contact de l'archet avec la caténaire pour la mise en service du pantographe et d'autre part, de permettre en marche à l'archet de rester toujours en contact avec la caténaire quelles 15 que soient les variations de hauteur de cette dernière (élévation aux passages à niveau et abaissement dans les tunnels)» Cette structure élévatrice inférieure comprend un jeu de ressorts et de cames calculés de telle sorte que l'effort de contact exercé de bas en haut par l'archet contre la caténaire soit aussi 20 constant que possible, quelle que soit la hauteur de la caténaire ; nous dirons que cette structure est astatique. En général, l'effort de contact est réglé à une valeur voisine de 7kilogrammes. Sur les pantographes actuels la suspension élastique de l'archet est raide (de l'ordre de 10 kilogrammes par centimètre) et a 25 une course totale faible (de l'ordre de quelques centimètres). Cette course est ainsi inférieure à la variation de flèche de la caténaire entre deux supports consécutifs. Ainsi réalisés les pantographes permettent un captage dans de bonnes conditions jusqu'à des vitesses d'exploitation de l'ordre 30 de 180 km/heure. Il a été reconnu depuis longtemps que l'allégement des masses, principalement de celle de la structure inférieure, améliorait les conditions de captage. A cet égard, la réalisation par la demanderesse du pantographe dit "unijambiste" a constitué un progrès sensible. 35 II est également connu que l'accroissement de la force de contact aux grandes vitesses, par exemple par un effet aérodynamique, améliorait le captage. Mais cette solution n'est qu'un pis aller car elle accroit les soulèvements de la caténaire. En effet, la caténaire est une ligne déformable qui présente d'ailleurs 69 26435 2 2059956 une souplesse plus grande au milieu de portée qu'au voisinage de ses points de fixation aux poteaux qui la supportent. L'adjonction d'un amortisseur à simple ou double effet à la structure inférieure, préconisée par certains, a permis ainsi dans 5 quelques cas d'améliorer légèrement le captage. Toutefois, ces diversmoyens ne permettent pas dans- la pratique un captage satisfaisant à des vitesses supérieures à 200 km/ lieure . XI a été fait par la demanderesse la découverte surprenante 10 que par un choix particulier et en corrélation à la fois des gammes de valeur de la raideur de la suspension et du coéfficient d'amortissement, on pouvait augmenter d'une manière décisive la vitesse d'utilisation normale du pantographe dans de bonnes Conditions du captage. 15 Suivant l'invention, le pantographe qui comprend une structu re élévatrice inférieure astatique associée à un amortisseur de coéfficient d'amortissement C (exprimé en kilogramme par centimètre par seconde), un archet de forme ët structure habituelles, et entre les deux une suspension élastique de raideur K (exprimé en 20 kilogrammes par centimètre), est caractérisé en ce que, en combinaison, la raideur K est inférieure, de plus d'un ordre de grandeur, à la raideur habituellement utilisée, c'est-à-dire à un kilogramme par centimètre et en ce que la valeur du coéfficient d'amortissement C est comprise entre 0,2 et 0,8 K. 25 En adoptant ces valeurs on peut réaliser un pantographe ayant d'excellentes conditions de captage jusqu'à des vitesses doubles de celles à partir desquelles les pantographes habituels deviennent difficilement utilisables et (ou) utiliserle pantographe sous des caténaires plus simples de prix d'établissement moins élevé. 30 Selon une réalisation préférée de l'invention il est en outre prévu que la suspension permette à l'archet une course sensiblement supérieure à la flèche maximum de la caténaire entre deux supports consécutifs, cette course étant avantageusement de plus d'un ordre de grandeur supérieure à celles habituellement utilisées, ' 35 c'est-à-dire une course d'au moins 20 centimètres. On peut expliquer le progrès technique surprenant associé à la sélection des valeurs numériques précitées en établissant les courbes de fonction de transfert des pantographes selon la réalisation habituelle et selon le choix des valeurs numériques parti— 69 26435 3 2059956 culières ci-dessus On appelle fonction de transfert d'un organe mécanique ou électrique, la relation complexe qui permet de déterminer l'amplitude et la pliase d'une grandeur dite grandeur de sortie quand une autre grandeur dite grandeur d'entrée est sinusoïdalej pour toute valeur de la fréquence. Plus précisément, dans le cas d'un pantographe, on prendra comme grandeur d'entrée la variation sinusoïdale de la hauteur de la caténaire et comme grandeur de sortie la variation sinusoïdale de la force de contact exercée par l'archet contre la caténaire. On appellera x la hauteur moyenne de la caténaire et P la force de contact exercée au repos par l'archet contre la caténaire . A cause de la souplesse variable de la caténaire, sous l'effet de la force P, celle—ci se soulève davantage au milieu de portée qu'àlalignement des poteaux supports. Il en résulte qu'en marche l'archet doit suivre une trajectoire ondulée et les mouvements de l'archet peuvent être assimilés à des mouvements sinusoïdaux d'amplitude A x et ayant une fréquence inversement proportionnelle à 1'écartement des poteaux et proportionnelle à la vitesse de la locomotive. Des masses sont mises en mouvement, la force réelle que l'archet exerce sur la caténaire varie donc autour de la valeur statique F d'une quantité Z &T, dont seule l'amplitude a de l'importance. Il est évident que si pour une certaine vitesse la valeur AP approche et a fortiori atteint la valeur P le contact entre archet et caténaire n'est plus assuré, des arcs se produisent, le captage n'a plus lieu dans de bonnes conditions et la vitesse d'exploitation est limitée par ce phénomène . Si onconsidère la valeur A x et la portée entre poteaux comme des données de base, fixées par le type de caténaire, on peut représenter (figure 1) la loi de variationdeAF en fonction de la vitesse dans le cas des valeurs usuelles de la raideur K (courbe A) et dans le cas du choix de valeurs préconisées par l'invention pour la raideur K et le coéfficient d'amortissement C (courbe B). Cette dernière est remarquable par son aspect différent, dû notamment à un maximum suivi d'une zone d'inflexion. Il est clair que les vitesses maximum que l'on peut atteindre dans les deux cas en restant dans des valeurs acceptables de 69 26435 i» 2059956 AF sont très différentes et qu'il y a un très net avantage à obtenir la courbe B. Pour que ees eotarbes soient valables il faut rester dass le domaine linéaire, ce qui se traduit dans ce- cas par le fait qu'il ne faut pas qus au cours des déplacements de 11 archet et de la structure inférieure la suspension intermédiaire atteigne une butée. Dans le cas de la courbe A le problème ne se pose pratiquement pas, car la suspension étant très raide 1*archet et la structure inférieure osât des mouvements semblables dans la zone de fréquence considérée, la suspension ne joue pratiquement aucun rôle et une course utile très faible est suffisante. Il n'en est pas de même dans la solution préconisée : l'amplitude à donner à la suspension dépend naturellement de la flexibilité de la caténaire et peut et doit être calculée dans chaque cas» dès que les caractéristiques de caténaires sont con-aues, mais est très généralement de quelques dizaines de centime t r© s. L'invention aa prête à différentes founes de réalisation dont quelques exemples vont être décrits, sans que la demanderesse entende toutefois limiter la portée générique de son invention aux particularités ou par les particularités spécifiques aux exemples choisis pour 1®illustratioa. La structure élévatrice asiatique peut-être constituée par un panto grapîie pentagone! « La suspension de is archet peut être réalisée sous forme d'un petit pantographe unijambiste suais dans lequel les cames des ressorts ont été déterminées de telle sorte à le rendre, non pas astatiaue, mais équivalent à un ressort d® raideur inférieure à 1 Kg/cm. La structure élévatrice astatique peut aussi être un panto-graphe unijambiste. Dans les dessins joints la figure 2 représente en élévation un dispositif un dispositif faisant application de l'invention avee un pantographe pentagonal. La figure 3 représente en élévation un dispositif faisant application de l'invention avec un demi panto graphe dit pantographe umijasïlaiste. La figure k est une vue de face du dispositif représenté en figure 3« Sur la figure 2 le pantographe pentagonal usuel a été dési 69 26435 2059956 gné dans son ensemble par la référence 10. XI comporte les deux balanciers 11, 12 articulés en 13, 14 sur les isolateurs 15»16 et les bielles 17» 18 articulées en 19» 20 sur les balanciers 11, 12, les bielles 17» 18 étant articulées entre elles au sommet 21. 5 La bielle 22 est une bielle de solidarisation qui assure la concordance des mouvements des deux parties du pantographe, de manière à ce que le sommet 21 décrive une verticale. On a désigné par 23 et 24 les ressorts de sustentation du pantographe 10. 10 Par contre, il n'a pas été représenté le vérin hydraulique ou pneumatique qui commande le mouvement de levée du pantographe. Alors que dans le pantographe connu, l'archet 25 est supporté directement par le pahtographe 10, il est selon la présente invention supporté par l'intermédiaire d'un petit pantographe, dési-15 gné dans son ensemble par 26 qui a été choisi du type-dit demi- pantographe, lequel est actuellement, depuis une dizaine d'années, en usage dans le monde entier. Comme on le sait, un tel pantographe comporte un balancier 30 et un contre balancier 31 qui sont articulés sur une bielle 20 commune 32 et qui comportent une bielle de guidage 33 destinée à assurer le guidage de l'archet et à empêcher son basculement quand l'archet n'est plus guidé par la caténaire. Le balancier 30 est articulé en 3k sur la bielle 18 tandis que le contre balancier est articulé en 35 par un axe qui coulisse dans une glissière 25 36 qui est solidaire de la bielle 18, à laquelle elle est par exemple soudée. On a désigné par 37 le ressort de sustentation du pantographe 26 qui attaque soit le balancier 30, soit le contre balancier 31 par l'une de ses extrémités et dont l'autre extrémité est fixée 30 sur la cornière 38, elle-même solidaire de la glissière 36. Enfin, on a désigné par k6.le dispositif d'amortissement qui est attaché d'un côté en 47 à un point fixe par rapport du bâti, tandis que l'autre extrémité 48 est fixée à une biellette 49 qui est solidaire du mouvement du balancier 12. Selon l'invention, le 35 petit pantographe 26 a un développement tel qu1il soit égal à l'amplitude des mouvements dûs à la flexibilité de la caténaire 27 amplitude que l'on connaît parfaitement pour les caténaires déjà existantes et que l'on peut également parfaitement déterminer pour une caténaire projetée. 40 Dans la variante représentée aux figures 3 e"t 4, on recon— 69 26435 6 2059956 nai-t le demi panto graphe aujourd'hui classique qui comporte un balancier 50 et un contre balancier 51 » respectivement articulés en 52 et 53» qui sont des points fixes par rapport au châssis 54. Les extrémités distales du balancier 50 et du contre balan-5 cier 51 sont articulés sur une bielle commune qui est dédoublée et à laquelle on a ajouté les références 55 et 56» cette bielle étant de préférence coudée au point d'articulation avec le contre balancier. Le système des bielles 55 et 56 peut être raidi par un certain nombre de raidisseurs, tels que 57 et 58» eux-mêmes entre-10 toisés en 59* On reconnaît également la bielle de guidage 60 qui assure le guidage de l'équerre 61 qui par les articulation 62 et 63, définit le quatrième côté du quadrilatère de guidage, le côté 62-63 se déplaçant parallèlement à lui-même selon une droite qui 15 est une verticale, comme il est connu, si le pantographe est convenablement calculé. L'ensemble qui vient d'être décrit constitue donc un demi-pantographe aujourd'hui classique, désigné dans son ensemble par la référence 70. Ce dernier supporte le petit pantographe 71 qui est 20 également ici un demi-pantographe classique, désigné dans son ensemble par 71 et dont la constitution est la même que celle qui a été décrite pour le pantographe 26 dans la figure 1. On voit que le balancier 72 est articulé sur l'équerre 63 au point d'articulation 62, le contre balancier 73 étant lui-même 25 articulé en un point 74 de l'équerre. On a désigné par 80 le système amortisseur qui est disposé pour agir sur le balancier ou le contre balancier comme expliqué en figure 1. Le fonctionnement est le même que celui qui a été décrit pour le dispositif de figure 1 . 30 Au point de vus constructif, on remarquera que les bielles 55 et 56 sont ici beaucoup plus serrées, c'est-à-dire font un angle beaucoup plus petit entre elles qu'il n'est d'usage dans les demi-pantographes, la stabilité de l'archet étant assurée dans les bielles communes 75 et 76 du petit pantographe 71. 35 L'utilisation d'un petit pantographe unijambiste pour réa liser la suspension de l'archet est particulièrement avantageuse en ce qu'elle permet d'obtenir sous un encombrement relativement faible une suspension ayant la raideur faible voulue et la course utile nécessaire. 69 26435 7 20599S6 La structure astatique inférieure peut aussi être constituée d,un vérin vertical hydraulique ou pneumatique, alimente à pression constante. Dans ce cas l'amortissement peut être réalisé intérieure-5 ment, par exemple.en ménageant une fuite calibrée dans le piston du vérin (figure 5) ou extérieurement en mettant des restrictions ajustables sur les conduits d'alimentation du vérin (figure 6). Dans le cas d'emploi d'un vérin vertical la suspension de l'archet peut être réalisée soit par -ah petit pantographe uni-10 jambiste soit par un ressort vertical loge dans la tige du vérin (figure 7). 69 26435 s 2059956 ■WîE'fcieasas; pérâedl^Ki» de faible aiaplâtude de 'la eat&ai» dfit an inouveiEcaÊ ma véîaâetal© d'une pas*» et les" déplacements verticaux 5 &*autre pas1*# sesrë eaea&aséa aôpas?éf3eat par deux appareil» dis-* tiàetp -de susèe-ataMesa# caractérisé ©a eo qu*un premiez* support constituant la suspension 10 et de la prise de courant proprsseîïfe dite, est prévu pour permettre à eelXoàféi un® amplitude suffisante» pour encaisser les dits dépla» mm&nts verticaux pai'iodiquos de faible amplitude» est est supporte lîaâœjaêîHS' sas» «sa ae@©ïîsS mijsjîsfîrë constituant la structure éléva~ 'ûs?âea âssférleîtro peévu ga®- o.îealosos? complémentalreciant les dépla* 13 cemeîita vertioaus. d© plïia grande amplitude » ■ 3®).- Pastograpîia salon la seveiidication 2, «t ©aTactérisé en ce que lf amplitude du mouvement passais par la suspension de la prias do soudant " ©at sensibloi&snt supérieure à la flôche mq*;tn»nm ejï.î0 pout atèeisads'a la eatéaaisFo on&s&r deux supports eâmécotifs• dit tsssijasbista& • £&p&g* €*) - Appareillage selon la s^irsEîiication 2» dans lequel la structure élévatrice inférieure est constituée par tm vérin verii.* 36 ®al psxeiasaatique ou Siydraulique, avec amortisseur incorporé ou non» eû Es a-aapcEsion par m despJ^pa^tosrapïie du type dit unijambiste * foj {S» Appareillai selo» la revendication 2f dans loquel la steïefcuffo élévataPiee iaf^Uœre est canstltuée par un vévia «wU* - eal paeusaaMqszg ' au hydraulique, et la suspension par un ressort 35 vertical de p:v-':2érance placé dans la tige du vérin* 8») ~ Appasalliage selon la revendication 2* caractérisé «a ce que le second support est normalement verrouillé en position dé» ployée et déverrouillé par des détecteurs de tin de course prévus 25} 1 Appas?©ilîago peur la eaise ©a oeuvre du procédé selon 1 » -5°) » Ê&pa&®'M3La&& cela» la irs'îpoffifileatâoa 2» «âaas lequel la oûEFïïG'&iaïKj 4ië^a'ss?£so JteaÉ'dfetGîsEO obè eosss'feâttae© pas* m pantograpîîe B0®®& pciê-àasasaaâ oâ la sasspaass&sa pa© tm ^mâ^îsaa'oofpïGglîS âa lype 69 26435 9 2059956 au voisinage des extrémités de 11 angle de débattement prévu pour le premier support* 9*) - Appareillage selon la revendication 2, caractérisé en ce que le second support est asservi aux mouvements du premier support au moyen d'un asservissement linéaire dont la bande passante est déterminée de telle sorte que les débattements rapides du premier support soient sans effet sur le second support* 10») - Appareillage, notamment applicable avec l'une quelconque des revendications précédentes et comprenait une structure inférieure astati'ue sur laquelle est monté, par l'intermédiaire d'une suspension élastique, une prise de courant destinée à entrer en contact avec une caténaire pouvant présenter, sur son parcours» des variations de hauteur de grande amplitude dûes au profil statique de la caténaire et des variations de hauteur périodiques dûes à la vitesse et à la flexibilité de la caténaire, caractérisé en ce que la structure astatique étant liée, d'une manière en soi connue, à un amortisseur, la raideur de la suspension de la prise de courant a une valeur K inférieure à 1 kg/cm et le coefficient d' amortissement C de 1'amortisseur une valeur comprise entre 0,2 et 6,8 K, K étant exprimé en Kg/cm et C en Kg s/cm. 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