Brevet FR2374190A1 — publié le 19780713

La présente invention concerne un dispositif de conjugaison utilisable pour coordonner l'action de freins complémentaires, notamment d'un frein dynamique et d'un autre frein, tel que par exemple un frein à commande pneumatique ou électropneumatique. Par freins dynamiques, on désigne les freins électriques proprement dits, c'est-à-dire du type rhéostatique et/ou à récupération, et les ralentisseurs électromagnétiques ou hydrauliques. Généralement utilisé en technique ferroviaire à bord des locomotives électriques et des éléments moteurs des rames automotrices, le frein électrique intervient dès lors qu'on fait fonctionner les moteurs de traction en génératrices. Malgré son intérêt technique et son faible cotit d'exploitation, le frein électrique doit en général coexister pour diverses raisons avec un autre frein, en particulier à friction et à commande pneumatique. Parmi ces raisons, on peut citer le manque de sécurité causé au moment de l'établissement du freinage par des ratés d'amorçage ou des lenteurs de mise en oeuvre et à l'approche de l'arrêt par une chute d'efficacité. D'autre part, alors que les moyens de transport modernes requièrent de plus en plus une marche en vitesse imposée ou un freinage programmé, il s'avère que la mise en action du frein électrique seul reste aléatoire. En complément ou en substitution du frein électrique, il est donc nécessaire de faire intervenir un autre frein, par exemple pneumatique, pour respecter la vitesse imposée ou la distance requise de freinage. De même, sur un véhicule équipé d'un ralentisseur électrique ou hydraulique ou à la fois d'un frein électrique et d'un ralentisseur, on peut exiger l'intervention complémentaire d'un autre frein. I1 peut enfin être souhaitable de posséder sur une même rame un frein dynamique exploitable soit en vitesse imposée soit en commande manuelle, - dans ce dernier cas en service ou en urgence par une commande de la pression régnant dans la conduite générale-, avec la possibilité de remédier dans un cas comme dans l'autre aux aléas du frein dynamique par l'intervention du frein pneumatique. L'invention a notamment pour but la création d'un dispositif simple et sensible de conjugaison de freinage, ce dispositif étant conçu pour compléter l'action d'un ou plusieurs freins de type dynamique par la mise en oeuvre d'un autre frein, par exemple à commande pneumatique, hydraulique, électropneumatique ou électrohydraulique. Le dispositif de conjugaison de freinage envisagé comprend un relais associé à un appareil qui délivre une première pression, image de l'action d'au moins un frein dynamique, et à un appareil qui délivre une deuxième pression, image de l'action souhaitée d'un deuxième frein, par exemple à fluide ou électrofluide, le relais comportant un détendeur et un équipage mobile à piston d'action et de réaction commandé par la deuxième pression pour provoquer l'ouverture ou la fermeture dudit détendeur. Conformément à l'invention, dans un premier mode de freinage, la première pression est l'image de l'écart entre l'action du (des) frein(s) dynamique(s) et une action de consigne et, dans un deuxième mode de freinage, elle est l'image de l'action même du (des) frein(s) dynamiques(s) ; de plus, le piston d'action et de réaction est soumis à la première pression dans le sens de l'ouverture du détendeur et l'équipage modile comprend en outre un deuxième piston soumis à la première pression dans le sens de fermeture du détendeur et à la deuxième pression dans le sens d'ouverture du détendeur, un moyen de désolidarisation de l'équipage mobile étant prévu grâce auquel le deuxième piston reste inactif dans le premier mode de freinage, un moyen d'appui situé sur l'équipage mobile et grâce auquel le deuxième piston est susceptible de transmettre à l'équipage mobile un effort proportionnel à la différence entre la deuxième et la première pression dans le deuxième mode de freinage. On constate que le relais selon l'invention provoque l'intervention complémentaire du deuxième frein sans aucune modification de constitution ou de branchement aussi bien en commande automatique de vitesse, alors que la première pression représente l'écart entre l'action du frein dynamique et une action affichée de freinage, qu'en commande manuelle produite par l'action sur un robinet de frein ou sur une valve d'urgence ou d'alarme, à partir de la prédominance de l'action de la deuxième pression sur l'action de la première pression au niveau du deuxième piston. Dans un mode de réalisation très simple, le deuxième piston est monté coulissant sur une tige de l'équipage mobile, lequel présente une butée permettant au deuxième piston d'exercer un effort sur le détendeur dans le sens de l'ouverture, le deuxième piston coopérant avec une butée prévue dans le corps du relais en cas de prédominance de l'effet de la première pression. Dans un autre mode de réalisation également simple, le deuxième piston est monté à une extrémité de l'équipage mobile en tandem avec celui-ci, de manière à coopérer dans le sens de l'ouverture avec un appui de l'équipage mobile et à rester inactif dans l'autre sens par butée sur le corps du relais. Dans le cas où le deuxième piston est du type coulissant, l'équipage mobile présente sous une forme d'exécution simple, un troisième piston, soumis à la deuxième pression dans le sens de la fermeture du détendeur, tandis que le premier piston est soumis à la pression délivrée par le détendeur dans le sens de fermeture de celui-ci. La deuxième pression est de préférence celle qui est délivrée par un distributeur de freinage pneumatique ; il peut également s'agir de la pression régnant dans une conduite générale de freinage ou plus généralement d'une pression provoquant la commande du freinage soit par augmentation, soit par diminution de sa valeur. Les premier et troisième pistons ont de préférence une surface utile qui est égale à la moitié de la surface utile du deuxième piston. La description non limitative qui va suivre permettra de faire comprendre quels sont les buts, les moyens et les résultats de l'invention et fera éventuellement apparaître d'autres objets et avantages. La figure 1 montre un schéma de principe d'un dispositif de conjugaison de freinage conforme à l'invention. La figure 2 représente un mode de réalisation du relais de conjugaison de la figure 1. La figure 3 représente un autre mode de réalisation du relais. Le dispositif représenté sur la figure 1 équipe un véhicule ferroviaire et comprend un circuit électrique 1 fournissant un signal qui est proportionné, selon la position 2a ou -2b de l'élément mobile d'un commutateur 2, à l'action de décélération produite par un frein dynamique du type électrique, c'est-à-dire rhéostatique et/ou à récupération (position 2b) ou à l'écart entre cette action et une action affichée (position 2a). Il comprend également un convertisseur électropneumatique 3 et un relais pneumatique de conjugaison 4. Dans le mode de réalisation représenté, le convertisseur 3 est constitué par une électrovalve modérable. Le relais pneumatique 4 est alimenté à partir d'un réservoir auxiliaire 5 et il est commandé par les pressions provenant de l'électrovalve 3 et d'un distributeur classique de freinage 6 lui-meme piloté par une conduite générale 7. Le relais 4 alimente ou met à l'échappement des cylindres 8 d'un frein de friction en fonction d'un effort de commande qui agit sur un équipage mobile dudit relais en réponse aux signaux de pression provenant des appareils 3 et 6. Les appareils 3,4,6 sont bridés et fixés de façon à ne former qutun seul ensemble 9. Si l'on revient sur le circuit électrique 1, on constate qu'il comprend deux conducteurs d'entrée 10,11 recevant chacun, de la part de moyens générateurs 10a et lla, un signal électrique analogique respectivement représentatif de la valeur du freinage réel (décélération) développé par le frein électrique et de la valeur de consigne assignée au freinage total du véhicule. Un comparateur 13, dont les entrées sont connectées respectivement aux conducteurs 10 et 11, produit un signal électrique d'erreur transmis par un conducteur 14 au plot 50a correspondant à la position 2a du commutateur 2, permettant la liaison électrique avec un conducteur 15 d'excitation de l'électrovalve modérable 3. En dérivation au comparateur 13, un conducteur 12 raccorde le conducteur 10 au plot 50b correspondant à la position 2b du commutateur 2, de façon à alimenter le conducteur 15 par le signal transmis au conducteur 10. Avant de décrire en détail la constitution du relais 4, on peut succinctement esquisser le fonctionnement du dispositif de la figure 1 ; ce fonctionnement peut avoir lieu suivant deux modes différents a) Freinaqe de type "automatique" : le commutateur 2 est dans la position 2a, le conducteur 14 est donc alimenté par un signal électrique qui est fonction de (par exemple proportionnel à) l'écart entre les courants des conducteurs 10 et 11. Ce signal électrique d'erreur est transformé Ear l'électrovalve 3 en une pression pneumatique transmise par une conduite 16 au relais 4 afin de piloter celui-ci. Selon ce mode de fonctionnement, le relais 4 ne reçoit pas de signal de pression du distributeur 6.I1 envoie donc au cylindre de frein 8 une pression qui est par exemple proportionnelle à l'insuffisance constatée du freinage électrique et qui, par compensation, permet d'amener l'effort de freinage global à la valeur de consigne souhaitée. b) Freinasse de type "manuel" : le commutateur 2 est dans la position 2b, le conducteur 12 étant donc connecté au conducteur 15 : l'électrovalve modérable 3 produit dans la conduite 16 une pression fonction de l'action effective de freinage dynamique. Le relais 4, grace à sa construction, qui sera décrite plus en détail ci-après en regard de la figure 2, adresse au cylindre de frein 8 une pression qui est fonction de la différence entre la pression de la conduite 16 et la pression fournie par le distributeur 6 au relais 4 au moyen d'une conduite 17. Dans ce deuxième cas, même lorsque la rame ferroviaire est freinée au moyen du frein électrique, c'est le distributeur 6 qui permet de surveiller le frein électrique et d'en compenser 1 'insuffisance. La figure 2 permet de voir la constitution détaillée d'un premier mode de réalisation du relais de conjugaison 4. Ce relais 4 comprend un détendeur à double clapet 20 associé à un équipage mobile 21 à pistons et/ou membranes. Afin d'assurer la commande du détendeur, l'équipage mobile 21 présente, monté sur une tige tubulaire d'échappement 22, un piston mobile 23a et deux pistons fixes 24a,25a. Dans le corps 4a du relais 4 sont ainsi définies plusieurs chambres, à savoir, en allant de haut en bas sur la figure 2 : une chambre a reliée au réservoir 5, une chambre b reliée au cylindre de frein 8, une chambre c de réaction qui est reliée par un orifice calibré 51 à la chambre b et qui est délimitée par le piston 24a, une première chambre d de pilotage reliée à l'électrovalve 3 par la conduite 16 et délimitée par les pistons 23a et 24a, une deuxième chambre e de pilotage reliée au distributeur 6 par la conduite 17 et délimitée par les pistons 23a et 25a et une chambre f reliée à l'atmosphère. Le piston 23a est, selon l'invention, axialement mobile par rapport au reste de l'équipage mobile 21 ; son déplacement sur le tube 22 est rendu étanche gracie à un joint d'étanchéité 26 et est limité vers le haut par une collerette 27 du tube 22 et vers le bas par les butées 28 du corps de relais 4a. Les pistons 24a et 25a présentent une surface utile alors que le piston 23a a une surface utile double S2=2S1. Dans la forme d'exécution de la figure 3, le relais 4 selon l'invention comprend un équipage mobile 21 qui porte deux pistons 24b,25b et auquel est annexé en montage tandem un piston mobile 23 . Le piston 24b sépare la chambre c de réaction d'une chambre g mise à l'atmosphère. Le piston 25b sépare une chambre h reliée au distrib u t e u r de frein pneumatique 6 d'une chambre i reliée à l'électrovalve modérable 3. Le piston libre 23b monté en tandem sépare une chambre i d'une chambre i raccordée au distributeur 6. Un joint 29 sépare les chambres q et h en portant sur une surface S3 et un joint 30 sépare également la chambre i vis-à-vis de l'atmosphère. Si l'on désigne par S la surface utile du piston 24~, le piston 25b a également une surface utile S1 pour la pression régnant dans la chambre i, mais, par contre, une surface utile S1-S3 -S pour la pression de la chambre h. Le piston 23b offre une surface utile 2S1 à la chambre i et une surface utile 2S1-S3 à la chambre i ; il peut venir en appui contre des butées 28a du corps du relais. Le fonctionnement du relais conforme à l'invention va maintenant être décrit en regard de la figure 2 a) Freinaqe de type automatique : le commutateur 2 est placé dans la position 2a. La chambre d reçoit, comme déjà expliqué, une pression qui est fonction de l'écart détecté entre l'action de freinage à réaliser et l'action réelle fournie par le frein électrique. Si le frein électrique remplit correctement son roule, l'écart de tension entre les conducteurs 10 et 11 est nul, la chambre d reste par conséquent à l'atmosphère. La chambre e est mise en permanence à l'atmosphère par la conduite 17 lorsque l'on est en régime de freinage "automatique" , le piston 23a reste donc inactif en appui sur les butées 28. Comme le piston 24a est lui aussi inactif, le détendeur 20 ne délivre pas de pression au cylindre de frein 8. En revanche, dans le cas où le frein électrique marque une défaillance, le comparateur 13 décèle une différence de tension entre les conducteurs 10 et 11, de sorte que l'électrovalve 3 délivre une pression image du "manque de freinage" à la chambre d du relais 4. Alors que le piston 23a est encore inactif du fait de son application contre les butées 28 du corps, le piston 24a transmet au tube 22 un effort dirigé de bas en haut sur la figure 2. Ainsi commandé, le détendeur 20 relie le réservoir 5 avec le cylindre de frein 8, de sorte que ce dernier est rempli d'air comprimé jusqu'à ce que sa pression, retransmise à la chambre c par l'intermédiaire de l'orifice calibré 51, produise sur l'équipage mobile un effort de réaction qui est dirigé vers le bas sur la figure 2 et équilibre la pression en d. Si l'action du frein électrique redevient suffisante, la baisse de pression qui en résulte dans la chambré d entrain l'ouverture du clapet d'échappement du détendeur 20, c'est-à-dire la liaison du cylindre de frein 8 avec l'atmosphère. b) Freinage de type manuel : le commutateur 2 est placé dans la position 2b. La commande du freinage est assurée par un robinet de mécanicien ou par une valve d'alarme, non représentés, et produit simultanément une mise en oeuvre du frein électrique et une baisse de pression dans la conduite générale 7 de la rame. Si le frein électrique fonctionne correctement, le courant électrique qui parcourt les conducteurs 10, 12 et 15 et qui pilote l'électrovalve 3, produit dans la chambre d une pression équivalente à celle transmise à la chambre e par le distributeur de freinage pneumatique 6. Le piston 23a demeure donc inactif, alors que s'annule l'action des pistons 24a et 25a soumis en sens opposés à une pression équivalente sur une surface égale. Aucune pression de freinage n'est délivrée au cylindre de frein 8. Dans le cas où le frein électrique subit un retard, un raté ou une diminution d'efficacité, la pression Pe délivrée par 1'électrovalve 3 à la chambre d est inférieure à celle Pd que le distributeur 6 transmet à-la chambre e. Le piston 23a est désormais actif par son application sur la butée 27. La résultante des efforts exercés sur l'équipage mobile 21 dans le sens de l'ouverture du clapet d'admission du détendeur 20 est donc Pe(S -S ) + Pd -S ) soit (PS t)S1, puisque S =2S . La 21 -l 2 2 1 pression délivrée par le détendeur 20 au cylindre de frein 8 assure donc exactement l'effort de freinage complémentaire souhaité. Tout se passe comme si l'on disposait pour agir sur le détendeur 20 d'une pression égale à la différence entre les pressions Pe et Pd. I1 va de soi que l'on peut apporter diverses modifications au dispositif décrit de conjugaison de freinage sans pour autant sortir du cadre de l'invention. La première pression peut être l'image de l'action de plusieurs freins dynamiques, par exemple du frein rhéostatique, du frein à récupération, d'un ralentisseur électro-oe hydrodynamique,du frein à patins magnétiques ou de Foucault et même de la pente de la voie de roulement et de la résistance de l'air. En particulier-, la premiere pression peut être la pression même qui commande le ralentisseur hydrodynamique. On peut également concevoir un relais plus complexe recevant sur plusieurs pistons des pressions dont chacune est l'image de l'action d'un frein dynamique différent. La première et/ou la deuxième pression ou leur signal électrique d'origine,peut être modifiée de manière en soi connue en fonction de la charge ou de la vitesse du véhicule ou encore en fonction du blocage des roues. Si le relais de conjugaison est destiné à commander des cylindres de frein à ressort, un ressort convenable est disposé pour solliciter le détendeur en position ouverte et les actions d'ouverture et de fermeture sont inversées par rapport à celles qui ont été décrites en regard des figures 2 et 3. L'invention est applicable aussi bien au freinage des véhicules ferroviaires qutà celui des véhicules routiers. Le relais décrit peut être un relais hydraulique ou oléopneumatique. REVENDICATIONS 1. Dispositif de conjugaison de freinage utilisable pour coordonner l'action de freins complémentaires d'un véhicule, comprenant un relais associé à un appareil qui délivre une première pression, image de l'action d'au moins un frein dynamique, et à un appareil qui délivre une deuxième pression, image de l'action souhaitée d'un deuxième frein, par exemple à fluide ou électrofluide, le relais présentant un détendeur et un équipage mobile à piston d'action et de réaction commandé par la deuxième pression pour provoquer l'ouverture ou la fermeture dudit détendeur, caractérisé par le fait que, dans un premier mode de freinage, la première pression est l'image de l'écart entre l'action du (des) frein(s) dynamique(s) et une action de consigne et que, dans un deuxième mode de freinage, elle est image de l'action du (des) frein(s)dynamique(s), et par le fait que le piston d'action et de réaction est soumis à la première pression dans le sens de l'ouverture du détendeur, et que l'équi- page mobile comprend en outre un deuxième piston, soumis à la première pression dans le sens de fermeture du détendeur et à la deuxième pression dans le sens d'ouverture du détendeur, un moyen de désolidarisation de l'équipage mobile grace auquel le deuxième piston est susceptible de rester inactif dans le premier mode de freinage et un moyen d'appui situé sur l'équipage mobile et grâce auquel le deuxième piston est susceptible de transmettre à l'équipage mobile un effort proportionnel à la différence entre les deuxième et première pressions dans le deuxième mode de freinage. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen de désolidarisation est constitué par le montage coulissant du deuxième piston sur une tige de l'équipage mobile. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen de désolidarisation est constitué par le montage du deuxième piston en tandem avec l'équipage mobile. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par l'existence d'un moyen d'appui formé par une (des) butée(s) du corps,agencée pour que le deuxième piston prenne appui contre cette butée dans le deuxième mode de freinage. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la deuxième pression est délivrée par un distributeur de freinage pneumatique. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la deuxième pression est celle d'une conduite générale de freinage. 7. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'équipage mobile du relais comprend un troisième piston, soumis à la deuxième pression dans le sens de la fermeture du détendeur. 8. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le premier piston de l'équipage mobile comprend un troisième piston soumis à la deuxième pression dans le sens de fermeture du détendeur. 9. Dispositif selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé par le fait que les premier et troisième pistons ont une surface utile qui est sensiblement égale à la moitié de la surface utile du deuxième piston. 10. Dispositif de conjugaison de freinage selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il est cons titué par un bloc comprenant le relais, l'appareil qui délivre la première pression et l'appareil qui délivre la deuxième pression.