Brevet FR2475483A1 — publié le 19810814

L'invention concerne un frein pour véhicules sur rails, dans lequel la force de freinage est appliquée à partir d'un réservoir pneumatique et est déclenchée par la réduction de la pression pneumatique dans un vérin de com- mande s'opposant à la force de freinage. Un tel frein est connu en tant que frein pour chemin de fer. Le frein répond à la réduction de la pression de l'air dans la canalisation de commande. Il fonctionne de façon satisfaisante pour les freinages normaux. Pour un freinage d'urgence, toutefois, qui est déclenché par l'ouverture de la vanne du frein de secours, ou par la rupture de la canalisation de commande, la force de freinage n'est plus réglable, mais dépend de la pression du réservoir réglée de façon fixe et de circons- tances fortuites, telles que le degré d'humidité, dues aux variations des conditions atmosphériques, et cela de façon incontrôlée. En partant de cet état de la technique, le but de l'invention est de développer un frein pour des véhicules sur rails qui empêche de façon fiable, lors du freinage com- mandé normal, un dépassement de la valeur de décélération maximale et qui également maintient constante la valeur de la décélération correspondant à cette valeur mayimale, même en cas de freinage d'urgence, et indépendamment de var$I- tions accidentelles des coefficients de frottement. Ce but est atteint conformément à l'invention avec un frein du type précité, Dar le fait que a) le réservoir pneumatique constitue une unité avec un vérin de travail muni d'un piston différentiel, unité dans laquelle la surface de travail du piston différentiel agissant dans le sens de la force de freinage est soumise à la pression du réservoir et b) la surface du piston différentiel agissant en sens inverse du sens de la force de freinage est soumise à l'ac- tion d'air comprimé c) dont la pression est réglée par une vanne de ré- glage en fonction de la valeur absolue de la décélération du véhicule et d) la vanne de réglage est actionnée directement par les forces d'inertie d'une masse montée dans le véhicule avec interposition de moyens élastiques et de moyens d'a- mortissement dans le sens de la marche. Le groupement du réservoir pneumatique avec le vérin de travail à piston différentiel sous forme d'une unité, de façon que la surface du piston différentiel agissant dans le sens de la force de freinage soit directement sou- mise à la pression du réservoir sans canalisations interpo- sées, accroit la sécurité du système. La sécurité peut en- core être accrue par l'intégration des autres éléments du frein dans l'unité. Le fait que la surface du piston diffé- rentiel agissant en sens inverse du sens de la force de freinage est soumise à l'action d'air comprimé dont la pression est réglée, en fonction de la valeur absolue de la décélération du véhicule, par une vanne de réglage limi- te, en agissant contre la force de freinage, la décéléra- tion maximale qui se produit. D'autre part, cette décéléra- tion maximale est également atteinte de façon sûre lorsque les coefficients de frottement sur les mors de freinage sont plus faibles, par exemple à cause de l'humidité. lors du freinage normal, le réglage permet de rendre sensible- ment uniforme cette valeur de la décélération. Dans le détail, l'invention peut être réalisée avan- tageusement comme suit: Dans une forme de réalisation de l'invention qui peut facilement être intégrée pour former une unité et qui est très fiable et robuste en raison de sa structure simple, l'air comprimé agissant sur la surface opposée du piston différentiel est fourni par un réservoir de sécurité qui tient lieu de masse suspendue élastiquement et amortie. Une canalisation d'air comprimé avec un clapet anti- retour relie le réservoir de sécurité au réservoir pneuma- tique et alimente celui-ci en air comprimé pour compenser les fuites et assurer que le réservoir pneumatique est rem- pli et donc prêt à fonctionner. Dans une forme de réalisation simple et non sujette aux pannes, la vanne de réglage est réalisée sous forme de vanne rotative avec un carter comportant un raccord d'arri- vée, deux raccords d'évacuation adjacents à ce dernier et un raccord d'évacuation opposé à celui-ci et un piston rotatif à deux secteurs dimensionnés de telle sorte que, en position fermée, le secteur supérieur obture le raccord d'arrivée et laisse ouverts les raccords d'évacuation adja- cents, et le secteur inférieur laisse ouvert le raccord d'évacuation opposé. En position d'ouverture, le raccord d'arrivée et un des raccords d'évacuation adjacente sont ouverts, et le raccord d'évacuation opposé est ouvert en ménageant une étroite fente entre le secteur inférieur et le carter. Les raccords d'évacuation adjacents au raccord d'arrivée sont reliés à la chambre de pression du vérin de travail, qui agit sur la surface opposée du piston diffé- rentiel. Le raccord d'évacuation opposé-au raccord d'arri- vée est raccordé à une canalisation reliée à l'atmosphère. En position de fermeture, la vanne de réglage assure une étanchéité fiable par rapport au réservoir de sécurité et permet, grâce à la liaison entre les raccords d'évacuation voisins du raccord d'arrivée et le raccord d'évacuation op- posé, l'établissement de la pression atmosphérique dans la chambre de travail de la surface opposée du piston différen- tiel, en position de repos du système en l'absence de for- ces de décélération. La rotation du piston lors de l'appa- rition de forces de décélération provoque, au fur et à me- sure qu'augmente l'angle de rotation après le dégagement du raccord d'arrivée, un accroissement progressif, finement réglé, de la pression dans le volume compris entre les flancs des secteurs et le carter, grAce à l'allongement ap- proprié de la fente de sortie entre le secteur inférieur du piston rotatif et le carter et, de ce fait, sur la surface opposée du piston différentiel. L'autre raccord d'évacua- tion voisin du raccord d'arrivée qui, lors de la rotation du piston, est relié, sans fente, au raccord d'évacuation opposée, est dans ce cas obturé de façon simple par la ro- tation du secteur supérieur. Le piston différentiel peut, de façon simple, action- ner directement un frein à mêchoires. Dans les véhicules à sustentation magnétique, il est avantageux d'utiliser une multiplicité de mâchoires de freine hydrauliques individuelles qui, en formant une uni- té fonctionnelle, sont les patins de glissement des dispo- sitife de glissement d'un véhicule à sustentation magnéti- que, disposés sur les aimants. Etant donné qu'ici, contrai- rement aux solutions connues antérieurement, la force de freinage est transmise à la voie en étant répartie sur toute la longueur du véhicule au lieu de l'être en des points discrets, on obtient un coefficient de frottement moyen pratiquement constant, rapporté au véhicule, même en cas de différences locales d'état du rail dues aux intempé- ries, à la corrosion, etc. La transmission-uniforme de la force de freinage permet des économies du fait de la dimi- nation des dimensions, notamment de l'équipement de la voie. En outre, contrairement aux solutions connues dans les trains à sustentation.magnétique, dans lesquels le disposi- tif de glissement et le dispositif de freinage automatique sont séparés,on évite, selon l'invention, grâce à l'unité fonctionnelle constituée entre patins de glissement et pa- tins de freins, le risque d'interférence, à savoir la pose du véhicule pendant le freinage automatique. Ceci condui- rait à une brusque augmentation de la décélération en rai- son du frottement supplémentaire des patins de glissement qui se produirait alors. L'invention sera bien comprise à la lecture de la des- cription détaillée donnée ci-après à titre d'exemple seule- ment d'une forme de réalisation de l'invention, représentée schématiquement sur le dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est une représentation schématique du frein et - la figure 2 représente la disposition du frein dans un train à sustentation magnétique. Dans ce frein pour véhicules sur rails, la force de freinage est appliquée à partir d'un réservoir pneumatique et est déclenchée en réduisant la pression pneumatique dans un vérin de commande 2 s'opposant à la force de freinage. Le réservoir pneumatique 1 constitue,avec le vérin de tra- vail 3 muni d'un piston différentiel 4,une unité dans la- quelle la surface de travail du piston différentiel 5 agis- sant dans le sens de la force de freinage, est alimentée par la pression du réservoir pneumatique 1. La surface op- posée du piston différentiel 6, plus petite et agissant en sens inverse du sens de la force de freinage, est alimen- tée avec de l'air comprimé dont la pression est réglée en fonction de la valeur absolue de la décélération du véhicu- le par une vanne de réglage 7. Celle-ci est reliée, par une canalisation de pression 8 comportant un clapet antiretour 9, à un réservoir de sécurité 10. Le réservoir de sécurité est monté dans le véhicule à l'aide d'une suspension élastique par ressort 11, il peut se déplacer dans le sens de la marche et son déplacement est amorti par un amortis- seur 12. Il alimente en air comprimé le réservoir 1 par une canalisation de pression 44 munie d'un clapet antiretour 45. Une barre d'accouplement 13, couplée au piston rotatif 14 de la vanne de réglage 7, est reliée par coopération de formes au réservoir de sécurité 10, dans le sens du mouve- ment de celui-ci, à l'aide d'une liaison par téton et trou oblong permettant le déplacement perpendiculaire à ce sens du mouvement. La vanne de réglage 7 est constituée par le carter 15 avec un raccord d'arrivée 16, raccords d'évacua- tion 17,18 voisins de celui-ci et raccord opposé 19, et par le piston rotatif 14 comportant deux secteurs 20,21. Le piston rotatif est dimensionné de telle sorte que, dans la position fermée représentée sur la fig. 1, le secteur supé- rieur 20 obture le raccord d'arrivée 16 et laisse ouverts les raccords d'évacuation voisins 17,18; ceux-ci sont alors reliés par la section entre le carter 15 et les flancs des secteurs, au raccord d'évacuation 19 opposé, laissé ouvert par le secteur inférieur 21. lors de la ro- tation dans le sens des aiguilles d'une montre du piston rotatif 14 représenté en position de repos sur la fig.1, le raccord d'arrivée 16, le raccord d'évacuation voisin 17 et le raccord d'évacuation opposé 19 sont ouverts en ménageant une étroite fente en 22 entre le secteur infé- rieur 21 et le carter 15. Le raccord d'évacuation 18, dont la liaison continue jusqu'au raccord d'évacuation 19 dans le carter 15 de la vanne, est fermé par le secteur supé- rieur 20 dans cette position après rotation du piston. Les raccords d'évacuation 17,18 voisins du raccord d'arrivée 16 sont reliés à la chambre de pression du vérin de travail 3, qui agit sur la surface opposée de piston différentiel 6, par des canalisations de pression 23,24, 25. Le raccord d'évacuation 19, opposé au raccord d'arrivée 16, est rac- cordé à une canalisation 26 reliée à l'atmosphère. Le pis- ton différentiel agit par la tige de piston 27 du vérin de commande 2 sur un vérin hydraulique 28 qui est relie par une canalisation de pression 29 à une multiplicité de mtchoires de freins hydrauliques 30 qui, selon la fig. 2, constituent une unité fonctionnelle avec le dispositif de glissement 31 d'un véhicule à sustentation magnétique. le frein fonctionne comme suit. En freinage normal, la surface du piston de travail du cylindre de commande 2 est partiellement déchargée de la pression à l'aide d'une vanne à commande manuelle 32. la surface de travail du pis- ton différentiel 5 actionne alors le vérin hydraulique 28 qui, par la canalisation de pression 29, appuie les mAchoi- res de freins hydrauliques 30, formant une unité avec le dispositif de glissement 31, sur le rail de freinage 33. La surface opposée du piston différentiel 6 n'est soumise à aucune pression lors des freinages normaux, c'est-à-dire qu'en fait elle est soumise à la pression atmosphérique normale. Lorsqu'on dépasse les valeurs de décélération ma- ximales tolérées, même en freinage normal, le réservoir de sécurité 10 est déplacé contre le véhicule 34 en tendant le ressort 11 et, ce faisant, il entraîne par la barre d' accouplement 13 le piston rotatif 14. En fonction de l'an- gle dont a alors tourné le piston 14, il s'établit, après l'ouverture du raccord d'arrivée 16, dans une moitié du carter 15, une pression qui augmente en même temps que l'angle. Cette pression est accrue par la fente, qui s'al- longe en mème temps que s'accroit la rotation, à l'emplace- ment 22 du carter entre le secteur inférieur 21 et la pa- roi de carter et par la résistance d'écoulement vers la ca- nalisation 19, qui augmente de ce fait. Par l'une des ca- nalisations 23,24 et la canalisation 25, une pression agit alors sur la surface opposée du piston différentiel 6, ré- duit ainsi la force de freinage et limite les valeurs de la décélération. Bn cas de freinage d'urgence, le vérin de commande 2 est déchargé de toute pression par l'action de la vanne à commande manuelle 32 et le frein fonctionne de la façon décrite ci-dessus pendant toute l'opération de freinage avec la décélération maximale tolérée, mais toute- fois sans dépasser cette valeur. Selon la figure 2, le frein est monté sous forme d'u- nité compacte 35 comportant le réservoir pneumatique 1, le réservoir de sécurité 10, le vérin de commande 2, la vanne de réglage 7 ainsi que le vérin hydraulique 28, sur un ca- dre de suspension d'un train à sustentation magnétique. Le réservoir de sécurité 10 est dans ce cas suspendu de façon mobile dans le sens de la marche d'une façon qui n'est pas représentée. Dans le cas d'un frein à freinage direct, l'unité compacte 35 est guidée par les barres porteuses 37 et les barres de guidage 38. Les mâchoires de frein 39 sont alors intégrées à l'unité compacte et, dans ce cas, le vérin hy- draulique 28 est supprimé dans l'unité 35. Dans la forme de réalisation de l'invention dans la- quelle le piston différentiel 4 agit sur un vérin hydrauli- que 28, on supprime les mfchoires de frein 39 dans l'unité compacte. La transmission de la pression hydraulique s'ef- fectue alors sur une multiplicité de mâchoires de freinage hydrauliques individuelles 30 qui constituent une unité fonctionnelle avec les patins de glissement des dispositifs de glissement 31 du véhicule à sustentation magnétique dis- posés sur les aimants. Ceux-ci travaillent contre le rail de freinage 33. Pour qu'il soit mieux protégé contre les intempéries, il est avantageux, dans cette forme de réali- sation, de choisir un rail de freinage 33 qui fasse en même temps partie du dispositif de glissement 31 des aimants porteurs 41. L'alimentation en air comprimé du réservoir de sécurité 10 s'effectue à partir d'un poste d'alimenta- tion prévu dans le cadre de suspension 36. On peut accro!tre la sécurité du système de freinage en utilisant plusieurs unités 35 par section de wagon pour les moitiés gauche et droite du wagon, par le fait que le système de freinage a une redondance suffisante, même lors- que se produisent des défaillances répétées. On voit également sur la fig. 2 les autres systèmes de freinage du train à sustentation-magnétique, à savoir les aimants porteurs 41,-qui peuvent être accélérés et freinés par le champ d'ondes progressives d'un enroulement de stator 43. Une sous-excitation ou une surexcitation des aimants porteurs 41 amènent les mâchoires de frein supé- rieures ou inférieures 30 à porter. REVENDICATIONS 1.- Frein pour véhicules sur rails, dans lequel la force de freinage est appliquée à partir d'un réservoir pneumatique et est déclenchée par la réduction de la pres- sion pneumatique dans un vérin de commande s'opposant à la force de freinage, caractérisé par le fait que a) le réservoir pneumatique (1) constitue une unité avec un vérin de travail (3) muni d'un piston différentiel (4), unité dans laquelle la surface de travail (5) du pis- ton différentiel agissant dans le sens de la force de frei- nage, est soumise à la pression du réservoir (1) et b) la surface (6) du piston différentiel agissant en sens inverse du sens de la force de freinage est soumise à l'action d'air comprimé c) dont la pression est réglée par une vanne de ré- glage (7) en fonction de la valeur absolue de la décéléra- tion du véhicule et d) la vanne de réglage (7) est actionnée directement par les forces d'inertie d'une masse montée dans le véhicu- le (34) avec interposition de moyens élastiques (il) et de moyens d'amortissement (12) dans le sens de la marche. 2.- Frein selon la revendication 1, dans lequel l'air comprimé agissant sur la surface opposée (6) du piston dif- férentiel est fourni par un réservoir de sécurité (10) qui sert également de masse suspendue élastiquement et amortie. 3.- Frein selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le réservoir de sécurité (10) est relié au réservoir pneumatique (1) par une canalisation de pression (44) mu- nie d'un clapet antiretour (45). 4.- Frein selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la vanne de réglage (7) est réalisée sous forme de vanne rotative avec un carter (15) comportant un raccord d'arrivée (16), deux raccords d'évacuation (17,18) adja- cents à ce dernier et un raccord d'évacuation (19) opposé à celui-ci et un piston rotatif (14) à deux secteurs (20,21) dimensionnés de telle sorte que, en position fermée, le secteur supérieur (20) obture le raccord d'arrivée (16) et laisse ouverts les raccords d'évacuation adjacents (17,18), et le secteur inférieur (21) laisse ouvert le raccord d'é- vacuation (19)opposé, les raccords d'évacuation adjacente (17,18) étant reliés ensemble par le passage entre le car- ter (15) et les flancs des secteurs (20,21) et, dans la po- sition d'ouverture, le raccord d'arrivée (14) et un des raccords d'évacuation adjacents (17,18) sont ouverts et le raccord d'évacuation opposé (19) est ouvert en ménageant une étroite fente entre le secteur inférieur (21) et le carter (15), et les raccords d'évacuation (17,18) adjacents au raccord d'arrivée (16) sont reliés à la chambre de pres- sion du réservoir de travail (3) qui agit sur la surface opposée (6) du piston différentiel, et le raccord d'évacua- tion (19) opposé au raccord d'arrivée (16) est raccordé à une canalisation reliée à l'atmosphère libre. 5.- Frein selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le piston différentiel (4) agit sur un vérin hydrau- lique (38) par lequel la pression est transmise hydraulique- ment à une multiplicité de m4choires de frein (30) hydrau- liques individuelles qui, en formant une unité fonctionnel- le, sont les patins de glissement des dispositifs de glis- sement (31) d'un véhicule à sustentation magnétique dispo- sée sur les aimants.