Brevet FR2289373A1 — publié le 19760528

L'invention concerne un frein à air comprimé dépendant de la charge, en particulier pour chemins de fer, comportant un transformateur de pression muni d'un piston de commandes d'un piston de réaction et d'une soupape d'admission, la chambre d'alimentation du piston de commande étant reliée à une soupape de commande, celle du piston de réaction étant reliée à un cylindre de frein et la soupape d'admission actionnée par le piston de commande et le piston de réaction étant reliée à un réservoir d'air de réserve et au cylindre de frein. Des freins à air comprimé de ce genre-sont adjoints à chaque wagon. Les freins de tous les wagons d'un train sont actionnés conjointement, plus précisément commandés par la pression qui règne dans une conduite générale parcourant tout le train et que mène à un robinet de mécanicien de la locomotive qui est lui-même relié à un réservoir principal à air relié à un compresseur. Quand les freins d'un train sont desserrés, la conduite générale est sous pression. S'il y a lieu de-freiner le train, on actionne le robinet de mécanicien de sorte que la conduite générale est séparée du réservoir principal à air et reliée,au lieu de celui-ci, à l'atmosphère libre de sorte que la pression baisse.Il s'ensuit que les triples-valves des wagons, reliés à la conduite générale, entrent en action de sorte que les cylindres de frein sont alimentés en air comprimé par les réservoirs de réserve prévus sur les wagons et que les sabots de frein s'appliquent aux roues. La pression appliquée aux cylindres de fein et donc la force avec laquelle les sabots de frein sont poussés dans chaque cas contre la roue correspondante dépendent de la pression régnant dans chaque cas à la conduite générale. Pour adapter en outre automatiquement la pression des cylindres de frein à la charge du wagon correspondant, on utilise des transformateurs de pression qui sont reliés à la tripievalve mentionnée de chaque wagon et en outre à un dispositif servant à déterminer la charge de ce wagon. Ils ont pour effet qu'à mesure que la charge du wagon augmente, la pression dans le ou les cylindres de frein correspondants est accrue en conséquence, pour une même pression dans la conduite générale et inversement, de sorte que lorsqu'on déclenche par exemple le premier palier de freinage en actionnant le robinet de mécanicien, les freins de tous les wagons dtun train. sont actionnés avec la force qui, compte tenu de la charge du wagon, assure une action de freinage corres pondant au premier palier de freinage. Dans ces freins à air comprimé dépendant de la charge et destinés aux véhicules sur rail,-on -on a des difficultés particulières à obtenir la pression voulue d'application des sabots de frein aux roues correspondantes, lors de la première entrée en action du frein à air comprimé correspondant, si les wagons sont vides, par exemple à cause de l'influence des forces élastiques et des forces de frottement qui agissent sur la timonerie de frein correspondante. A la première entrée en action du frein à air comprimé, il faut que la pression de serrage mentionnée représente environ 6 à 15 % de la pression de serrage en cas de freinage à bloc, indépendamment du fait que le wagon est vide ou char-. gé. En particulier quand les wagons sont vides, il se produit pour le premier palier de freinage de très basses pressions qui, par suite de l'hystérésis du transformateur de pression, ne se constituent dans certains cas que lentement et graduellement et qui, par suite de l'augmentation d'autant plus lente de la force exercée par le cylindre de frein, ne peuvent pas surmonter le frottement de la timonerie de frein à l'état de repos. Pour tenir compte de ces difficultés, on a déjà fait différentes propositions. Ainsi tzar exemple, il est connu de prévoir un cylindre de frein pour.freiner le wagon vide et un cylindre de frein, agissant sur la même timonerie, pour freiner le wagon chargé, ce cylindre étant relié à un transformateur de pression préréglé pour freiner le véhicule vide, sous la dépendance de la conduite d'amenée et de la pression du cylindre de frein, des mesures spéciales étant prises pour amener au cylindre de frein qui agit seulement lorsque le wagon est chargé, lors de la pre mière entrée en action du frein à air comprimé et même si le wagon correspondant est vide ou partiellement 'chargé seulement, une pression faible et déterminée de manière à surmonter les forces de ressort de rappel qui agissent sur la timonerie de frein correspondante.La triple-valve reliée à la conduite générale et à un récipient auxiliaire à air est directement reliée du côté sortie au cylindre de frein qui entre en action quand le wagon est vide et en outre, par l'intermédiaire du transformateur de pression, au cylindre de frein qui entre en action quand le wagon est chargé. Le transformateur de pression présente un piston de commande et une soupape d'admission qui peut être actionnée par le piston de commande par l'intermédiaire dtun fléau dont l'axe de basculement est réglable en fonction de la charge momentanée du wagon, de manière à relier le cylindre de frein au récipient auxiliaire à air ou à l'atmosphère libre, ou encore à le maintenir fermé. En parallèle au transformateur de pression sont prévus, entre la triple-valve et le cylindre de frein qui entre en action quand le véhicule est chargé, un limiteur de pression de freinage ainsi qu'un deuxième piston de commande servant à actionner la soupape d'admission, ou bien une double soupape de retenue. Dans le premier cas, l'air comprimé venant de la triple-valve traverse le limiteur de pression de freinage pour alimenter le deuxième piston de commande et ouvrir la soupape d'admission de sorte que le cylindre de frein correspondant au véhicule chargé est alimenté en air comprimé par le récipient auxiliaire jusqu'à ce que le limiteur de pression se ferme lorsqu'il règne une pression déterminée dans le cylindre de frein correspondant au véhicule vide, ce qui fait que la soupape d'admission se ferme aussi, si elle n'est pas maintenue ouverte en fonction de la charge du wagon. La fermeture de la soupape d'admission peut être influencée dans le temps par le deuxième piston de commande, grace à un étranglément situé dans la conduite de liaison entre le cylindre de frein correspondant au véhicule chargé et le côté opposé au li--miteur de pression de freinage. Dans la variante comportant une double soupape de retenue, lorsqu'on déclenche le premier palier de freinage, non seulement le cylindre de frein correspondant au véhicule vide mais également le cylindre de frein correspondant au véhicule chargé sont alimentés en air comprimé par la triple-valve. et plus précisément, le deuxième cylindre mentionné est alimenté par l'intermédiaire du limiteur de pression de freinage et de la double soupape de retenue. Le limiteur de pression de freinage se ferme lorsqu'il règne une pression déterminée en aval de la triple-valve, c'est-à-dire dans le cylindre de frein correspondant au wagon vide. Quand le wagon correspondant est chargé, la double soupape de retenue commute de sorte que le cylindre de frein raccordé est alimenté davantage en air comprimé par le transformateur de pression. La solution connue par la demande de brevet allemand publiée avant examen sous le NO 1.945.842 a été aménagée, par d'autres mesures, de telle sorte que la pression est à nouveau supprimée dans le cylindre de frein correspondant au wagon chargé, après la première entrée en action du frein, alors que, la pression d'air en aval de la triple-valve continuant alors d'augmenter, le limiteur de pression de freinage s'ouvre vers l'atmosphère libre de sorte que la soupape d'admission du transformateur de pression s'ouvre aussi vers l'atmosphère libre et désaère le cylindre de frein correspondant au wagon chargé, ou bien que ce cylindre est désaéré par l'intermédiaire de la double soupape de retenue et du limiteur de pression dé freinage (demande de brevet allemand publiée avant examen sous le NO 2.113.204). Toutefois, ces dispositions connues sont coû- teuses et ne peuvent servir que dans des installations de frein comportant un cylindre de freinage à vide et un cylindre de freinage en charge. L'invention a pour but de fournir un frein à air comprimé dépendant de la charge, du type défini initialement, qui garantisse de façon simple, sans qu'un deuxième cylindre de frein soit nécessaire,une application sûre des sabots de frein même quand le wagon est vide, au premier palier de freinage. Ce problème est résolu, selon l'invention, par le fait que dans la conduite de liaison entre la chambre d'alimentation du piston de réaction et le cylindre de frein sont prévus un étranglement et une soupape qui s'ouvre, de manière à by-passer l'étranglement, lorsqu'il règne une pression déterminée dans le cylindre de frein. Dans le frein à air comprimé-selon l'invention, il n'est pas nécessaire de prévoir un cylindre de frein entrant en action quand le wagon est vide et un cylindre de frein coopérant avec un transformateur de pression et entrant en action lorsque le wagon est chargé. De manière à amener sûrement les sabots de frein à s'apliquer lors du premier palier de freinage même quand le wagon n'est pas chargé, cas où il se produit en principe de très petites pressions au cylindre de frein, on effectue une-commande avec excès de la pression du cylindre de frein afin de surmonter les forces de frottement et d'inertie et les forces de ressort, donc d'accélérer le piston du cylindre de frein, la timonerie de frein et les sabots de frein.Cette commande avec excès de la pression du cylindre de frein s'effectue précisément sous la dépendance de cette même pression et plus précisément, seule ment qand le véhicule n'est pas chargé, au premier palier de freinage et éventuellement au dernier palier de desserrage. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et représenté au dessin annexé une forme de réalisation de l'invention. La figure 1 montre schématiquement la structure et Les figures 2 à 4 sont chacune-une représentation graphique de la variation de la pression au cylindre de frein pendant les paliers de freinage, depuis le serrage initial jusqu'au freinage à bloc et depuis le freinage à bloc jusqu'au desserrage, respectivement quand le wagon est vide, sans la commande avec excès selon l'invention et avec cette commande, et aussi quand le wagon est chargé, donc quand il ne se produit pas de commande avec excès. On a prévu un cylindre de frein 1 qui sert à actionner un sabot de frein 2 adjoint à une roue 3 d'un wagon de chemin de fer. Le sabot de frein 2 est disposé sur un bras 5 pouvant pivoter autour d'un axe 4 et pouvant etre actionné par l'intermédiaire d'une timonerie de frein 6 montée de manière à pouvoir tourner en 7 et sur laquelle agit un ressort de rappel 8, de manière à écarter le sabot 2 de la roue 3 quand le cylindre de frein 1 n'est pas actionné. Le cylindre de frein 1 est relié par une conduite 10 à un transformateur de pression 11 qui est raccordé -par une conduite 12 à une triple-valve non représentée reliée à la con duite générale et par une conduite 13 à un réservoir d'air de réserve qui n'a pas été non plus représenté. Le transformateur de pression 11 comprend un piston de commande 14 et un piston de réaction 16 sollicité par un ressort 15, ainsi qu'un fléau 17 et une soupape d'admission 18. Le fléau 17 est monté de manière à pouvoir pivoter sur un couteau 19 qui peut coulisser sous l'action d'un timonerie 20 dans le sens de la flèche 21, encartant de la position extrême due droite représentée par la figure 1, en fonction de la charge momentanée du wagon. Le piston de commande 14 et le piston de réaction 16 s'appliquent chacun par un pied 22, 23 contre le fléau 17. Les chambres 24, 25 situées respectivement au dessus des pistons 14, 16 du côté opposé aux pieds 22, 23 sont reliées respectivement aux conduites 12, 10. Dans la conduite 10 est prévu, devant la chambre 25, un étranglement 26 et en parallèle à celui-ci est disposée une soupape 27, constituant une soupape de décharge munie d'un piston 28 qui est poussé par un ressort 29- contre un siège 30. Le piston 28 forme ainsi avec le slège 30 une soupape d'arrêt 28, 30 dispo sée dans la conduite 10. En outre, en parallèle à l'étranglement 26 peut être prévue une soupape de retenue 31 s'ouvrant vers le cylindre de frein 1. La soupape d'admission 18 présente un poussoir 32 de plus petit diamètre et un piston 33 de plus grand diamètre muni d'un perçage central d'échappement 34 et d'un perçage compensateur latéral 35. Le piston de soupape 33 est poussé par un ressort 36 contre un siège 37 de manière à isoler la conduite 13 d'une conduite 38 qui débouche dans la conduite 10 entre le cylindre de frein 1 et la soupape 27. Le poussoir 32 est sollicité par un ressort 39 en direction du fléau 17 et coopère, par l'extrémité opposée au fléau 17, avec le piston de soupape 33 de manière à fermer l'alésage d'échappement 34 de celui-ci. Sur la figure 1, l'appui 19 est représenté dans la position qu'il occupe quand le wagon muni de la roue 3 est vide, c'est-à-dire non chargé. Quand on charge ce wagon, le couteau 19 coulisse dans le sens de la flèche 21 sous l'action de la timonerie 20, en fonction de la charge supplémentaire momentanée, de sorte que les bras de levier des forces qui agissent par l'intermédiaire des pieds 22 et 23 sur le fléau 17 varient en conséquence. Quand on décharge le wagon, les choses se passent en sens inverse c'est-à-dire que le couteau 19 coulisse, en partant de la position momentanée, en sens inverse de la flèche 21. Si une pression déterminée de préréglage est appliquée au piston de commande 14 par la conduite 12, le fléau 17 pivote de manière à faire coulisser le poussoir 32 vers le bas de la figure 1 en entraînant le piston 33, de sorte que par les conduites 13 et 38, de l'air comprimé peut arriver du réservoir d'air de réserve non représenté au cylindre de frein 1 et que la tige de piston 40 de celui-ci se déplace vers l'extérieur. La pression du cylindre de frein 1 arrive par la conduite 10 à la chambre 25, de manière à agir sur le piston de réaction 16 de sorte que le fléau 17 subit une force qui contrarie la force appliquée par le piston de commande 14. Le poussoir 32 et le piston 33 retournent jusqu'à ce que la position de la figure 1 soit atteinte et que la liaison soit interrompue entre la conduite 13 et la conduite 38. Cela se produit lorsqu'il règne dans le cylindre de frein 1 une pression qui dépend de la position du couteau 19 et qui est mini nale quand ce couteau est dans la position de la figure 1, car alors la force appliquée par le pied 22 du piston de commande 14 c au fléau 17 agit par le bras de leyier le plus court et la force appliquée par le pied 23 du piston de réaction 16 agit sur le fléau par le bras de levier le plus long. Si l'non veut rétracter à nouveau la tige de piston 40 du cylindre de frein 1, on abaisse la pression dans la conduite 12, par la triple-valve non représentée, de sorte que la force appliquée au fléau 17 par le pied 23 du piston de réaction 16 prédomine et fait pivoter le fléau 17 en conséquence, le poussoir 32 s'écartant du piston 33 sous l'action du ressort 39 et de l'air pouvant s'échapper du cylindre de frein 1 par- la conduite 38 et l'alésage d'échappement 34 du piston de soupape 33, jusqu'à ce que la pression du cylindre de frein ait diminué au point que l'é- tat d'équilibre représenté par la figure 1 se rétablisse. On supposera que le frein est desserré et qu'il s'agit d'amorcer le premier palier de freinage, le sabot de frein 2 devant être poussé contre la roue 3 avec une force correspondant à environ 15 t de la force de freinage à bloc. Sans l'étranglement 26 et la soupape 27, la pression de prêréglage du premier palier de freinage régnant dans la conduite 12, on obtiendrait seulement graduellement dans le cylindre de frein 1, à cause d'une commande insuffisante du transformateur de pression 11, due à ses frottements, une pression qui, étant donné les forces de ressort de rappel et de frottement agissant sur la timonerie de frein-6 avec le bras 5, ne permettrait pas d'atteindre sflrement la pression d'application mentionné du sabot de frein 2. L'étranglement 26, en combinaison avec le volume de la chambre 25, a pour effet que tout d'abord la pression du cylindre de frein n'agit guère par la conduite 10 sur le piston de réaction 16 de sorte que la pression du cylindre de frein, c'est-à-dire la pression qui pousse sur le piston du cylindre de frein 1, devient plus grande qu'elle ne serait, en soi et sans l'étranglement 26, en vertu de la pression de préréglage du premier palier de freinage qui agit sur le piston de commande 14 lorsque le couteau 19 est dans la position extrême vers la droite de la figure 1. Quand la pression du cylindre de frein atteint une grandeur déterminée, la soupape d'arrêt 28, 30 de la soupape 27 s'ouvre de sorte qu'une plus grande section devient libre et que le piston de réaction 16 est rapidement alimenté pleinement.Par suite, la pression normale du cylindre de frein est établie, c'est-g-dire que la commande avec excès,qui a garanti une application sûre du sabot de frein 2 contre la roue correspon dante 3,est supprimée. La soupape de by-pass 27 actionnée par la pression du cylindre de-frein comporte un piston 28 dont la surface soumise à la pression du cylindre de frein, quand la soupape d'arrêt 28, 30 est ouverte, est plus grande que la surface délimitée par le siège 30 et soumise à la pression avant l'ouverture de la soupape d'arrêt. Ainsi, la pression de la conduite 10 agit après l'ouverture de la soupape d'arrêt 28, 30 sur une plus grande surface, de sorte que cette soupape reste sûrement ouverte, ce qui évite une oscillation autour du point d'ouverture. Avantageusement, on choisit l'excès de commande de la pression du cylindre de frein de façon telle que le poids d'air devant s'échapper ensuite soit aussi faible que possible. A cet effet, on harmonise entre eux l'étranglement 26, la chambre 25 située au dessus du piston de réaction 16, le ressort 29 et le volume libéré par le piston acéléré du cylindre de frein 1 de façon telle que la soupape de dérivation 27 s'ouvre lors d'une commande avec excès de la pression du cylindre de frein pour le premier palier de freinage, qui assure une accélération suffisamment grande du piston du cylindre de frein 1. Après sa course d'ouverture, la soupape 27 reste ouverte, étant donné que la basse-pression du cylindre de'frein correspondant au premier palier de freinage agit maintenant sur toute la surface du piston 28. Lors du deuxième palier de freinage et de chacun des suivants, la pression du cylindre de frein agit immédiatement en totalité par la soupape 27 ouverte sur le piston de réaction 16 de sorte qu'il ne se produit pas de nouvel excès de commande. De même, les paliers de desserrage sont établis sans excès de commande, y compris le dernier palier de desserrage si la soupape de retenue 31 est prévue. Au dernier palier de desserrage, la soupape 27 se referme ctest-à-dire que le piston 28 est à nouveau poussé par le ressort 29 contre le siège 30 de sorte que l'air comprimé encore présent dans la chambre 25 doit s'échapper par l'étranglement 26. Pour accélérer cet échappement, on peut prévoir la soupape de retenue 31. Quand le wagon est chargé, le couteau 19 est déplacé dans le sens de la flèche 21, hors de la position extrême de droite indiquée par la figure 1 et par suite, a pression du cylindre de frein est plus élevée. La soupape 27 s'ouvre déjà avant que la pression de serrage ne soit atteinte de sorte qu'il ne se produit pas de commande avec excès, ce qui est désirable. Les figures 2 à 4 representent la variation de la pression du cylindre de frein mesurée sur le frein à air comprimé de la figure 1, pour tous les paliers de freinage et tous les paliers de desserrage, plus précisément sur la figure 2 sans étranglement 26, sans soupape 27 ni soupape de retenue 32, le wagon n'étant pas chargé, sur la figure 3 avec ces composants, le wagon étant également à vide et sur la figure 4, également avec l'é- tranglement 26, la soupape 27 et la soupape de retenue 31, le wagon étant chargé. La comparaison entre les figures 2 et 3 montre nettement l'excès de commande de la pression du cylindre de frein, assuré selon l'invention au premier palier de freinage pour serrer les sabots de frein avec la force désirée, tandis que la figure 4 montre que quand le wagon est chargé cette Commande avec excès n'a pas lieu. REVENDlCATDONS 1. Frein à air comprimé dépendant de la charge, en particulier pour chemins de fer, comportant un transformateur de pression muni d'un piston de commande, d'un piston de réaction et d'une soupape d'admission, la chambre d'alimentation du piston de commande étant reliée à une soupape de commande, celle du piston de réaction étant reliée à un cylindre de frein et la soupape d'admission actionnée par le piston de commande et le piston de réaction étant reliée à un réservoir d'air de réserve et au cylindre de frein, frein caractérisé par le fait que dans la conduite de liaison (10) entre la chambre d'alimentation (25) du piston de réaction (16) et le cylindre de frein (1) sont 'prévus un étranglement (26) et une soupape (27) qui s'ouvre, de manière à by-passer l'é- tranglement (26), lorsqu'il règne une pression déterminée dans le cylindre de frein (1). 2. Frein selon la revendication 1, caractérisé par une soupape de retenue (31) disposée en parallèle à l'étrangement (26) et s'ouvrant vers le cylindre de frein (1). 3. Frein selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la soupape de by-pass (27) actionnée par la pression du cylindre de frein constitue une soupape de décharge munie d'un piston (28) qui actionne une soupape d'arrêt (28, 30) disposée dans la conduite de liaison (10) et présente dans son sens d'ouverture une portion de -surface soumise à la pression en amont et une portion de surface soumise à la pression en aval de la soupape d'arrêt (28, 30) et est sollicitée dans le sens de fermeture parsun ressort (29). 4. Frein selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'étranglement (26), la chambre d'alimentation (25) du piston de réaction(l6), le ressort (29) et le volume.que prend le cylindre de frein quand son piston coulisse sont harmonisés de telle sorte que la soupape de by-pass (27) s'ouvre déjà lorsqu'une commande avec excès correspondant au premier palier de freinage est appliquée à la pression du cylindre de frein. 5. Frein suivant l'ensemble des revendications 3 et 4, caractérisé par le fait que la soupape de dérivation (27) ouvre lorsque son piston (28) est soumise sur ses deux portions de surface à une pression correspondant au premier palier de freinage.