Brevet FR2509822A1 — publié le 19830121

La présente invention concerne un dispositif de commande, en particulier pour un véhicule moteur sur rails, destiné au choix à un fonctionnement par engrenage et adhérence, ou bien à un fonctionnement par adhérence seule, comportant un mécanisme de bifurcation qui permet un partage variable du nombre de tours lorsque le partage du moment de rotation est constant, ainsi que trois em- branchements de commande constitués par un arbre moteur et deux mécanismes de transmission et reliés l'un à l'autre par le mécanisme de bifurcation, chaque mécanisme de transmission étant associé à un arbre de sortie séparé. On a besoin de tels dispositifs de commande dans des arrangements de types très différents, par exemple dans des véhicules, dans des systèmes de trans- port, etc, o une différence de vitesse périphérique variable (glissement) doit être donnée à deux roues, rouleaux, cylindres de sortie,et analogues. On connaît par exemple un tel dispositif de commande dans le document DEOS 29 40 550 en connexion avec un véhicule moteur sur rails destiné au choix à une commande par engrenage et adhérence On prévoit alors au moins un limiteur de sens de rotation dans la liaison mécanique se trouvant entre la roue dentée motrice et la roue d'adhérence On obtient de ce fait que, par exemple, la roue d'adhérence qui, habituellement, marche, au moins dans une disposition coaxiale, avec la même vitesse péri- phérique que l'engrenage moteur, mais cependant avec un nombre de tours plus faible que celui-ci, reçoive par exemple lors du fonctionnement par traction, un certain accroissement de la vitesse périphérique par rapport à l'engrenage moteur, jusqu'à ce que deux nombres de tours soient égaux ou un nombre de tours soit nul à un certain endroit de la commande, ce qui fait qu'ainsi la différence normalement présente entre les nombres de tours à l'endroit cité de la commande se réduit dans les deux cas à la valeur nulle Dès que cette valeur est atteinte, les moyens de blocage entrent en fonction et empêchent toute autre modifi- cation de la différence entre les nombres de tours La roue d'adhérence est alors couplée rigidement ou bien par con- formation avec l'engrenage moteur par l'intermédiaire des moyens de blocage et présente un glissement maximal pré- déterminé par rapport à l'engrenage moteur Dès que les conditions de frottement entre la roue d'adhérence et le rail sont à nouveau normales, les moyens de blocage per- mettent un rétablissement entièrement automatique de la différence précédente entre les nombres de tours à l'endroit cité de la commande Lors d'un fonctionnement par freinage, les conditions sont inversées Dans ce cas, les moyens de blocage sont dirigés de telle façon que la roue d'adhérence subisse une certaine diminution de la vitesse périphérique par rapport à l'engrenage moteur. Ce dispositif de commande a cependant l'incon- vénient qu'il faut prévoir des moyens de blocage séparés pour le fonctionnement en traction et en freinage et que de plus des mesures doivent être prises pour l'inversion de ces moyens de blocage lors du renversement du sens de la marche Finalement, la modification de la gamme du nombre de tours des moyens de blocage, par exemple en vue de rendre optimal le glissement maximum, implique une- dépense importante. De ce fait, le problème qui est à la base de la présente invention est d'améliorer le dispositif de commande mentionné ci-dessus pour permettre avec un type de structure relativement simple et non encombrante, un glissement toujours optimal indépendamment du type de fonctionnement, par exemple dans des véhicules, relati- vement à la traction ou au freinage ou relativement au sens de marche On doit, par exemple, garantir un glisse- ment optimal dans des dispositifs de transport indépendam- ment de la direction du transport - La solution de ce problème est caractérisée en ce qu'au moins deux pièces de mécanisme rotatives appartenant à des embranchements de commande différents sont, respectivement, associées à au moins un autre méca- nisme différentiel ou de bifurcation et en ce qu'une pièce de mécanisme rotative de ce dernier est reliée à un limiteur du nombre de tours et/ou un dispositif de commande du nombre de tours. On obtient ainsi une correspondance unique entre un glissement optimal déterminé entre deux roues, rouleaux de sortie et analogues et un nombre de tours déter- miné (positif, négatif ou nul) de la pièce de mécanisme rotative Un dépassement vers le haut ou vers le bas de ce nombre de tours et ainsi du glissement respectif admis- sible est empêché au moyen d'un limiteur de nombres de tours ou d'un dispositif de commande du nombre de tours d'un type connu en soi On peut modifier au choix à l'aide du dispositif de commande du nombre de tours la gamme respective admissible dans laquelle peut jouer librement le glissement pendant le fonctionnement du dispositif de commande On peut ainsi rendre toujours optimale la gamme admissible de glissement en fonction des modifications de conditions de frottement de rails ou de chaussées, des conditions de frottement selon les marchandises transpor- tées, le cylindrage, etc. Dans une forme de réalisation particulièrement avantageuse de l'invention, on peut associer à la pièce rotative de mécanisme un dispositif de blocage (dispositif de blocage de rotation), en plus du limiteur du nombre de tours et/ou du dispositif de commande du nombre de tours. On peut ainsi éviter de façon connue par exemple avec le véhicule sur rails mentionné ci-dessus, une commande inutile de l'engrenage moteur, lors du fonctionnement d'adhérence sur des portions du trajet sans crémaillère. On peut prévoir comme limiteur du nombre de tours une pompe à huile ayant une soupape de régulation de débit On peut alors renoncer à un dispositif de blocage séparé, car la pompe à huile peut être verrouillée de façon connue au moyen d'une soupape à plusieurs voies. On peut également prévoir en tant que limiteur du nombre de tours un générateur avec dérivation des sur- tensions On a alors l'avantage que l'énergie de freinage produite peut être récupérée électriquement et par exemple accumulée. On peut également prévoir en tant que limiteur de nombre de tours une machine électrique qu'on peut com- muter au choix sur un fonctionnement moteur ou générateur. On peut ainsi empêcher également une réduction du glissement en dessous d'une certaine valeur en produisant un moment de rotation contraire par une commutation vers le fonctionnement moteur lors d'une réduction correspon- dante du nombre de tours de la pièce rotative de mécanisme. On peut en outre prévoir en tant que limiteur de nombre de tours un frein hydrodynamique ou un frein centrifuge Il en résulte un dispositif mécanique parti- culièrement compact. On peut associer à la partie rotative de méca- nisme en tant que dispositif de commande du nombre de tours un frein et/ou un moteur ayant un détecteur de nombre de tours dont le signal de sortie est appliqué à un appareil de commande relié au frein et/ou au moteur Tl en résulte une disposition souple particulièrement avantageuse selon laquelle on peut régler, respectivement, la gamme de glis- sement désirée maximale ou minimale. Finalement, on peut accumuler dans l'appareil de commande différentes gammes de nombres de tours pour la pièce tournante de mécanisme concernée, qui servent à actionner le frein et/ou le moteur On peut ainsi obtenir une adaptation de la gamme de glissement à différentes circonstances de fonctionnement, -comme par exemple la modi- fication des diamètres de roues ou de cylindres, etc. -La présente invention va maintenant être décrite à l'a-ide d'exemples de réalisation en connexion avec les dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale d'un premier exemple de réalisation d'un dispositif de commande selon la présente invention en connexion avec un véhicule sur rails ayant au choix un fonctionnement par engrenage et/ou adhérence; la figure 2 est une représentation détaillée du limiteur de nombre de tours selon la figure 1; la figure 3 est une coupe longitudinale d'un deuxième exemple de réalisation en connexion avec un véhicule à pneu ayant un autre limiteur de nombre de tours; la figure 4 est une coupe longitudinale d'un troisième exemple de réalisation en connexion avec le châssis à double essieu d'une locomotive ayant un dispo- sitif de commande du nombre de tours; et la figure 5 est également une coupe longitu- dinale d'un quatrième exemple de réalisation en connexion avec un laminoir en structure tandem, ayant un autre dis- positif de commande du nombre de tours. Un mécanisme planétaire 10 servant de mécanisme de bifurcation (figure 1) présente une roue planétaire 12 qui est montée solidairement en rotation sur l'arbre moteur 18 relié par un embrayage 14 au moteur de commande 16 et qui engrène par des roues satellites 20, 22 sur la denture interne d'une couronne 24 L'arbre de moteur 18 est également connecté solidairement en rotation à la roue planétaire 26 d'un autre mécanisme planétaire 28, laquelle constitue une pièce rotative de mécanisme associée au moteur de commande Le mécanisme a des roues satellites 30, 32 qui engrènent sur une couronne 34 qui commande par un pignon 36 l'arbre 42 relié à un limiteur de nombres de tours 40. Les satellites 20, 22 ou 30, 32 sont, respec- tivement, montés sur des axes communs 44, 46 qui sont reliés par une entretoise commune 48 dont l'arbre 50 est monté dans l'arbre creux 52 et relié solidairement en rotation à un pignon 54 qui engrène par un engrenage 58 monté sur un tourillon 56 avec l'engrenage 60 dont le moyeu creux 64 monté dans l'enveloppe 62 porte un engrenage moteur 66 auquel il est relié solidairement en rotation. Le pignon 68 de la couronne 24 engrène par l'intermédiaire d'engrenages 74, 76 montés sur des tourillons 70, 72 avec un engrenage 78 qui est relié solidairement en rotation à l'arbre moteur 88 monté dans des paliers 84, 86 et portant les deux roues d'adhérence 80, 82 Les satellites 30, 32 avec leurs axes 44, 46 forment donc, respectivement, une pièce rotative de mécanisme associée à l'engrenage moteur 66 On forme à partir de la couronne 34 un autre nombre de tours à partir des nombres de tours des pièces rotatives de mécanisme mentionnées Les touril- lons 56, 70, 72 sont reliés l'un à l'autre par une entre- toise 90. Le limiteur de nombre de tours 40 (figure 2) présente une pompe à huile hydrostatique 92 ayant'le même sens de refoulement dans les deux directions de rotation, 1 o et comportant une soupape de limitation de débit 94, le réservoir d'huile étant désigné par la référence 96 Dans la conduite d'huile 98 est disposé un distributeur à deux voies 100 (symbole du dessin selon les prescriptions ISO 1219 1976 E/F). Dans l'exemple de fonctionnement du dispositif de commande décrit, on suppose que les transmissions de mécanisme sont calculées pour qu'avec un nombre de tours de moteur de 3000 tr/min, l'engrenage moteur 66 présente un nombre de tours de 298 tr/min et les roues d'adhérence 80, 82, un nombre de tours de 265 tr/min, les roues d'adhérence ayant alors un diamètre de 1000 mm et l'engre- nage moteur un diamètre de 890 mm Les vitesses périphéri- ques sont égales et correspondent à la vitesse de marche (= 50 km/h). Les planétaires 12, 26 ont alors un nombre de dents de 81 et 54; les satellites 22, 32 ont un nombre de dents de 18 et 45; les couronnes 34, 24 un nombre de dents de 144 et 117; le pignon 68 a un nombre de dents de 34 et l'engrenage 78 un nombre de dents de 79 Le pignon 54 a un nombre de dents de 24 et l'engrenage 60 un nombre de dents de 74 La couronne 34 a une denture externe ayant dents et le pignon 36 a un nombre de dents de 20 Le nombre de tours du pignon 68 est donc de 692 tr/min et le nombre de tours du pignon 54 est de + 818 tr/min La répartition de la force de traction est alors pour l'engre- nage moteur 66 d'environ 55 % et pour les roues d'adhérence d'environ 45 % Le nombre de tours de la couronne 34 est de O tr/min Il n'y a donc aucun glissement entre l'engre- -Z 509822 nage moteur 66 et les roues d'adhérence 80, 82. Au cas o lors du fonctionnement par traction, les roues d'adhérence 80, 82 commencent à patiner à cause de conditions de frottement plus mauvaises entre roues et rail, la couronne 34 commence à tourner, l'arbre 42 avec la pompe à huile 92 du limiteur de nombres de tours 40 étant mis en rotation par l'intermédiaire du pignon 36. Lorsque le nombre de tours augmente, le débit de refoule- ment augmente proportionnellement au nombre de tours La soupape de limitation de débit 94 est alors réglée de telle manière que le courant d'huile s'écoule pratique- ment sans perte jusqu'à un nombre de tours d'environ tr/min de l'arbre 42 Le nombre de tours de la couronne 34 est alors de 7,5 tr/min en correspondance avec un is glissement d'environ 3 km/h (= 6 %) Cependant, dès que le nombre de tours de l'arbre 42 dépasse la valeur men- tionnée de 60 tr/min, le débit d'huile à travers la sou- pape de limitation de débit 94 rencontre une résistance qui se traduit par une augmentation de pression dans la conduite 98 et ainsi, par un couple rotatif (couple de soutien) sur l'arbre 42 Lors du fonctionnement de freinage, les conditions sont analogues,mais il y a seulement une inversion du sens de rotation de l'arbre 42 La pompe à huile 92 du limiteur de nombre de tours 40 a alors le même sens de refoulement d'huile indépendamment de la direction de rotation, elle peut alors être réalisée par exemple sous la forme d'une pompe à piston ayant des sou- papes chargées par ressorts Un blocage du nombre de tours de l'arbre 42 à la valeur O peut être obtenu par un action- nement correspondant de la soupape à deux voies 100, le refoulement de la pompe à huile 92 étant alors complète- ment arrêté. Au cas o un dispositif mécanique particulière- ment compact serait recherché, on utilise comme limiteur de nombre de tours 40, au lieu du dispositif à pompe à huile décrit, un frein hydrodynamique ou un frein centri- fuge d'une structure connue. Dans le deuxième exemple de réalisation (figure 3), l'engrenage 60 est relié directement par l'intermédiaire d'un moyeu creux 102 à une roue 106 ayant un pneumatique en caoutchouc 104 et qui est montée dans un palier 86 par l'intermédiaire d'un arbre 108 L'engrenage 78 est relié à une roue correspondante 112 par l'intermédiaire d'un arbre 110 monté dans le palier 84. Dans ce cas, le limiteur de nombre de tours 114 est un générateur 116 couplé à l'arbre 42,,qui est relié par des conduites d'écoulement 118, 119 à un accumu- lateur 120 Un frein 122 est encore prévu sur l'arbre 42. On suppose comme dans l'exemple précédent, pour montrer le fonctionnement du dispositif de commande qui vient juste d'être décrit, qu'à une valeur maximale admissible du glissement, dans ce cas entre les roues 106, 112, correspond un nombre de tours maximal déterminé de l'arbre 42 Tant que ce nombre de tours est inférieur, le générateur 116 produit un courant non nominal et aucune résistance nominale n'est opposée à la rotation de l'arbre 42 Par contre, dès que le nombre de tours indiqué est atteint, le générateur produit la tension nominale Lors du dépassement de ce nombre de tours, on évite une sur- tension en appliquant le courant produit à l'accumulateur 120, le nombre de tours demeurant à peu près égal Le nombre de tours de l'arbre 42 ne peut donc plus croître et le glissement entre les roues 106, 112 reste pratique- ment constant. Au cas o l'arbre 42 du dispositif de commande devrait être entièrement bloqué,par exemple lors d'une marche tout terrain du véhicule, on actionne le frein 122 de manière que l'arbre 42 soit bloqué dans les deux directions de rotation. On comprend que le dispositif de commande qui vient juste d'être décrit peut être prévu également pour que corresponde à une valeur minimale admissible du glissement un nombre de tours déterminé minimal de l'arbre 42 Dans ce cas, on prévoit un moteur au lieu du générateur 116 Tant que le nombre de tours minimal admissible de l'arbre 42 est dépassé, le moteur n'oppose à la rotation de l'arbre 42 aucune résistance nominale Lors d'une valeur inférieure au nombre de tours minimal indiqué, le moteur est par contre mis en route pour produire un moment rotatif opposé, le nombre de tours demeurant constant et le glissement ne pouvant plus décroître. Dans le troisième exemple de réalisation (figure 4), l'engrenage 60 monté directement dans l'enve- loppe 126 au moyen d'un moyeu creux 124 est en engrènement- par l'intermédiaire d'un pignon-130 monté sur un tourillon 128 avec un engrenage 132 qui est relié solidairement en rotation au deuxième arbre moteur 142 poitant deux roues d'adhérence 134, 136 et monté dans des paliers 138, 140. L'arbre 42 est relié à un dispositif de commande de nombre de tours 144 qui comprend un détecteur de nombre de tours 146 disposé sur l'arbre 42, un frein 148 actionnable élec- triquement et un appareil de commande 150, qui est relié au détecteur de nombre de tours 146 et au frein 148 par des conducteurs de signaux 152, 154. On suppose encore,dans un exemple de fonctionnement du dispositif qui vient juste d'être décrit,qu'un nombre de tours déterminé maximal absolu de l'arbre 42 correspond à une valeur absolue admissible maximale déterminée du glissement entre les arbres moteurs 88, 142 Lorsque ce nombre de tours est atteint, on provoque un actionnement du frein 148 par l'intermédiaire d'un signal correspondant du détecteur de nombre de tours 146 par l'appareil de commande 150 de telle manière que le nombre detours demeure constant Si le glissement décroît à nouveau, l'actionne- ment du frein est interrompu et le glissement s'équilibre librement. On comprend qu'il est possible de programmer dans l'appareil de commande 150 diverses valeurs de glisse- ment ou des nombres de tours correspondants de l'arbre 42, pour que, par exemple, différentes valeurs optimales de glissement puissent être choisies en fonction des condi- tions atmosphériques. Dans un quatrième exemple de réalisation (figure 5), l'engrenage 60 est relié par l'intermédiaire d'un moyeu creux 158 directement à un cylindre transpor- teur 160 qui est monté au moyen d'un arbre 162 dans le palier 86 Le cylindre transporteur 160 comprime la mar- chandise à transporter 164, par exemple une bande en matière plastique ou en métal, papier, etc, contre un cylindre de-compression 166 qui est relié solidairement en rotation à un arbre 172 monté dans l'enveloppe 168 et dans un palier 170 L'engrenage 78 est relié par l'inter- médiaire d'un arbre 174 à un deuxième cylindre transpor- teur 176 qui pousse une marchandise à transporter 178 ayant une autre épaisseur que la marchandise 164 contre un cylindre de compression 180 qui est relié solidaire- ment en rotation à un arbre 184 monté dans l'enveloppe 168 et dans un palier 182 Le dispositif de commande du nombre de tours 186 est dans ce cas différent de celui qui vient juste d'être décrit du fait qu'au lieu d'un frein 148, une machine électrique réalisée s Qus la forme d'un ensemble moteur-générateur 188 est reliée à l'arbre 42 qui, à son tour, est relié par l'intermédiaire d'un conducteur de signal 156 à l'ensemble de commande 150. On suppose,dans un exemple de fonctionnement du dispositif de commande qui vient juste d'être décrit, que les marchandises à transporter 164, 178 doivent être transportées avec un rapport de force de traction déter- miné et que le glissement des cylindres 160, 176 doit rester dans une gamme déterminée Un nombre de tours absolu minimal et maximal de l'arbre 42 correspond ainsi à un glissement minimal et maximal. Lorsqu'on atteint le nombre de tours maximal de l'arbre 42, le détecteur de nombre de tours 116 trans- met un signal correspondant à l'appareil de commande 150, l'ensemble moteur-générateur 188 étant alors commuté pour réaliser un fonctionnement en générateur et empêchant tout accroissement supplémentaire du nombre de tours A l'inverse, lors d'un décroissement vers un nombre de tours déterminé minimal, l'ensemble moteur-générateur 188 est commuté pour réaliser un fonctionnement moteur, ce qui empêche une réduction plus importante du nombre de tours de l'arbre 42 et,ainsi, évite un abaissement du glisse- ment Le glissement entre les cylindres 160, 176 peut donc s'équilibrer librement à l'intérieur des valeurs limites admises, celles-ci pouvant être réglées de façon très poussée. REVEND ICATIONS 1 Dispositif de commande, en particulier pour un véhicule moteur sur rails-pour un fonctionnement au choix avec engrenage et adhérence,ou avec adhérence seulement, comportant un mécanisme de bifurcation qui permet en particulier une répartition variable du nombre de tours lors d'une répartition constante du couple de rotation, et trois embranchements de commande constitués par un arbre moteur et par deux mécanismes de transmis- sion et reliés les uns aux autres par le mécanisme de bifurcation, chaque mécanisme de transmission étant asso- cié à un arbre de sortie séparé, caractérisé en ce qu'au moins un autre mécanisme de bifurcation ou différentiel ( 28, 36) est associé à au moins deux pièces rotatives de mécanisme ( 26; 30, 32) appartenant à différents embranche- ments de commande ( 18; 68, 74, 76, 78; 54, 58, 60), et en ce qu'une pièce rotative ( 42) du mécanisme différentiel est reliée à un limiteur du nombre de tours ( 40, 114) et/ou à un dispositif de commande de nombre de tours ( 144, 186). 2 Dispositif de commande selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'un dispositif de blocage ( 100, 122, 148) est associé à la pièce rotative de mécanisme ( 42) en plus du limiteur de nombre de tours ( 40, 114) et/ou du dispositif de commande de nombre de tours ( 144, 186). 3 Dispositif de commande selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le limiteur de nombre de tours ( 40) est une pompe à huile ( 92) ayant une soupape de réglage de débit ( 94). 4 Dispositif de commande selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le limiteur de nombre de tours ( 114) est un générateur ( 116) comportant une dériva- tion de surtension. Dispositif de commande selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le limiteur de nombre de tours ( 186) est une machine électrique ( 188) commutable au choix en fonctionnement moteur ou générateur. 6 Dispositif de commande selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le limiteur de nombre de tours ( 40) est un frein hydrodynamique. 7 Dispositif de commande selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le limiteur de nombre de tours ( 40) est un frein centrifuge. 8 Dispositif de commande selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la pièce rotative de mécanis- me ( 42) est associée à un dispositif de commande de nombre de tours ( 144) sous la forme d'un frein ( 148) et/ou d'un moteur ( 188) ayant un détecteur de nombre de tours ( 146) dont le signal de sortie est appliqué à un appareil de commande ( 150) relié au frein ( 148) et/ou au moteur ( 188). 9.-Dispositif de commande selon la revendica- tion 8, caractérisé en ce que différentes gammes de nombres de tours destinées à la pièce rotative de mécanisme ( 42) concernée peuvent être emmagasinées dans l'appareil de commande ( 150), ces gammes servant à actionner le frein ( 148) et/ou le moteur ( 188).