Brevet FR2647738A1 — publié le 19901207

1. "Soupape de frein dépendant de la charge pour comman- der la pression régnant dans la conduite de frein d'une installation de frein à air comprimé d'un véhi- cule, notamment pour des wagons de chemin de fer". L'invention concerne une soupape de frein dépendant de la charge pour commander la pression ré- gnant dans la conduite de frein d'un système de frein à air comprimé d'un véhicule équipé de ressorts pour le véhicule, qui se déforme en fonction de la charge du véhicule, ainsi qu'un levier de frein pivotant qui pivote dans une plage de pivotement en fonction du mouvement de suspension des ressorts du véhicule, ain- si qu'un piston servant à actionner la soupape de frein qui s'appuie sur le levier de frein pivotant. Dans les soupapes de frein dépendant de la charge, selon l'art antérieur, on suppose que la dé- formation des ressorts du véhicule se comporte propor- tionnellement à la charge du véhicule. Si cela n'est pas le cas, on risque que soit le véhicule vide, soit le véhicule chargé soit freiné trop fortement; en d'autres termes: le véhicule vide ou chargé est frei- né de manière insuffisante. On se reportera par exem- ple au brevet GB 2 022 206 et au brevet CH 594 520. Dans le cas de ces soupapes de frein, connues, le mou- vement des ressorts de véhicule est pris en compte pour réguler la force de freinage. Pour cela, on sup- pose que le mouvement des ressorts soit linéaire, c'est-à-dire proportionnel à la charge du véhicule; on rencontre alors les inconvénients énoncés ci- dessus. La présente invention a pour but de créer une soupape de frein ne présentant pas cet inconvé- nient et dont la force de freinage soit exactement proportionnelle à la charge du véhicule et non propor- tionnelle au mouvement des ressorts du véhicule, bien que la soupape de frein soit actionnée en fonction' du mouvement des ressorts du véhicule. A cet effet, l'invention concerne une soupa- pe de frein dépendant de la charge, caractérisée en ce que le piston comporte au moins deux arêtes d'appui, et la plage de pivotement est subdivisée en deux zones et dans la première zone de pivotement, le levier de frein s'appuie sur l'une des arêtes du piston et dans la seconde zone de pivotement, le levier de frein s'appuie sur l'autre arête du piston. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention, en position médiane du levier de frein pivo- tant, entre les deux zones de pivotement, les deux arêtes s'appuient contre le levier de frein. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention, le levier de frein pivotant peut pivoter au- tour d'un axe fixe et en ce que la distance entre le point d'appui d'une arête sur le levier de frein et l'axe est inférieure à la distance entre le point d'appui de l'autre arête sur le levier de frein et l'axe du levier de frein. Un exemple de réalisation d'une soupape de frein dépendant de la charge sera décrit ci-après de manière explicite à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique de la soupape de frein selon l'invention, dépendant de la charge. - la figure 2 est une coupe de la soupape de frein re- présentée à la figure 1. - la figure 3 est un schéma du mouvement du ressort en fonction de la charge et de la force de freinage en fonction du mouvement du ressort. Selon la figure 1, un véhicule 11 qui n'est représenté principalement que par un châssis, est équipé d'une soupape de frein 10 dépendant de la char- ge. La roue 12 du châssis est montée rotative dans une poutre 13. Le tablier de chargement 14 s'appuie sur cette poutre 13 par l'intermédiaire de deux forts res- sorts de wagon 15. La soupape de frein dépendant de la charge 10 qui est encore appelée "soupape-berceau", est fixée sur le tablier de chargement 14. Un levier pivotant 17 est fixé rigidement à un axe 16 de cette soupape de frein 10 et il est relié de manière articu- lée à la poutre 13 par l'intermédiaire d'une tige 18. Cette tige 18 est reliée par une première articulation 19 au levier 17 et par une seconde articulation 20 à la poutre 13. Lorsqu'on charge le véhicule 11, on com- prime les deux ressorts 15, si bien que le tablier de chargement 14 descend vers la poutre 13; la tige 18 est ainsi en mesure de faire pivoter le levier 17 et de tourner ainsi l'axe 16 de la soupape de frein 10. Selon la figure 1, lorsqu'on charge le véhi- cule 11, le levier 17 pivote dans le sens des aiguil- les d'une montre alors que lorsqu'on décharge le véhi- cule 11, ce levier 17 pivote dans le sens opposé de celui des aiguilles d'une montre. Cela permet de com- mander la force de freinage en fonction de la charge du véhicule. Si la caractéristique des deux ressorts n'est pas linéaire, il faut en tenir compte à la con- ception de la soupape de frein 10 comme cela sera ex- plicité ci-après à l'aide de la figure 2. Selon la figure 2, le levier pivotant 17 oc- cupe une position horizontale lorsque le véhicule 11 est partiellement chargé; cette position est repré- sentée en traits pleins. Lorsque le véhicule 11 est complètement déchargé, le levier 17 arrive dans sa po- sition inférieure 17a représentée en traits mixtes et lorsque le véhicule 11 est complètement chargé, le le- vier 17 se trouve dans sa position supérieure 17b éga- lement représentée en traits mixtes. Un piston 21 s'appuie sur ce levier'pivotant 17; ce piston est coulissant dans le boîtier 22 de la soupape de frein 10. Ce piston 21 comporte deux arêtes inférieures A et B qui s'appuient toutes deux sur le levier 17 lorsque celui-ci occupe la position repré- sentée. Lorsqu'on décharge le véhicule 11, le levier 17 pivote dans le sens contraire des aiguilles d'une montre autour de l'axe 16 monté dans le boîtier; seule l'arête A du piston 21 peut alors s'appuyer sur le le- vier 17. Il en résulte un premier rapport de démulti- plication 11/13 entre le petit bras de levier 11 et le grand bras de levier 13. Par contre si le véhicule 11 est chargé, le levier 17 pivote autour de l'axe 16 dans le sens des aiguilles d'une montre et seule l'a- rête B du piston 21 peut alors s'appuyer sur le levier 17. Il en résulte un second rapport de démultiplica- tion 12/13 entre le petit bras de levier 12 et le grand bras de levier 13. Le piston 21 est guidé de manière coulissan- te dans le boîtier 22; il comporte un petit joint d'étanchéité 23, inférieur et un grand joint d'étan- chéité 24 supérieur. Ces deux joints d'étanchéité 23, 24 délimitent une chambre 25 dans laquelle arrive de l'air comprimé par une conduite 26. Comme les deux joints d'étanchéité 23 et 24 n'ont pas la même dimen- sion, l'air comprimé de la chambre 25 a tendance à re- pousser le piston 21 vers le haut c'est-à-dire à dé- charger le levier 17. Une coupelle 28 est fixée au piston 21 par l'intermédiaire d'une tige 27; un res- sort 29 s'appuie contre cette coupelle. Ce ressort 29 charge une seconde coupelle 30 qui s'applique contre un piston à membrane 32 par l'intermédiaire d'une bil- le 31. Le piston à membrane 32 est fixé à un poussoir 33 qui sert à actionner un clapet de soupape 34. Le poussoir 33 présente un perçage 45 qui relie la cham- bre 39 à la chambre 42 lorsque le piston à membrane 32 est abaissé. Ce clapet de soupape 34 est poussé par un ressort 35 contre un siège de soupape 36. Le clapet de soupape 34 sépare une première chambre 37 reliée à une conduite d'alimentation 38 d'une seconde chambre 39 qui est reliée à une conduite de commande 40. La con- duite 26 mentionnée ci-dessus est également reliée à cette conduite de commande 40; cette conduite 26 aboutit à une chambre d'évacuation 25. La seconde chambre 39 se compose de deux parties reliées par un orifice d'étranglement 41. Sous le piston à membrane 32 se trouve une troisième chambre 42 qui est reliée à l'atmosphère par l'intermédiaire d'une conduite d'éva- cuation 43. Un perçage 44 réalisé'dans le clapet 'de soupape 34 sert à évacuer le clapet de soupape 34 com- me cela est habituel. La soupape de frein décrite ci-dessus fonc- tionne comme suit: On suppose.qu'il règne dans la conduite d'a- limentation, une pression de 8 x 9,806x104 Pa. La pression de commande dans la chambre 39 a tendance à enfoncer le piston à membrane 32 et le ressort 29 a tendance à soulever le piston à membrane par l'inter- médiaire de la coupelle 30 et de la bille 31. L'équi- libre doit régner entre la pression de la chambre 39 - 2647738 et la force développée par le ressort 29. Si la force du ressort 29 est supérieure à la force dirigée vers le bas et engendrée par la pression de la chambre 39, le piston à membrane 32 se soulève et ainsi le pous- soir 33 soulève le clapet de soupape 34 et le dégage de son siège 36, de sorte que l'air comprimé passe de la conduite d'alimentation 38, à travers la chambre 37 dans la chambre 39. La pression régnant dans la cham- bre 39 augmente ainsi jusqu'à ce que la force agissant dans le sens descendant sur le piston à membrane 32 soit égale à la force du ressort 29. Le clapet de sou- pape 34 est ainsi de nouveau poussé contre le siège de soupape 36 et la pression régnant dans la chambre 39 ne peut plus continuer à augmenter. Si par le soulève- ment ou l'abaissement du piston 17, on comprime le ressort 29 ou le déploie, la pression régnant dans la chambre 39 augmentera ou chutera jusqu'à ce que le clapet de soupape 34 s'appuie de nouveau sur le siège de soupape 36. Pour abaisser la pression régnant dans la chambre 39, le poussoir 33 est soulevé du clapet de soupape 34 par la pression dans la chambre 39 jusqu'à ce que la pression régnant dans la chambre 39 ait été suffisamment diminuée par l'intermédiaire du perçage du poussoir 33 et de la chambre 42 ainsi que de la conduite d'évacuation 43 et que le ressort 29 soit de nouveau en mesure d'appliquer le poussoir 33 contre le clapet de soupape 34. Il faut veiller à ce que la pression de com- mande régnant dans la chambre 39 dépende exclusivement de la position du levier pivotant 17. Cette soupape de frein "dépendant de la charge" est ainsi exclusivement dépendante de la position du levier 17 et est de ce fait appelée également "soupape-berceau dépendant de la course". La course concernée dépend du fait que soit l'arête A, soit l'arête B du piston 21 s'appuie sur le levier 17. Il apparaît selon les figures 1 et 2 que pour un même angle de pivotement du levier 17, le piston 21 est déplacé d'une course plus faible aussi longtemps que l'arête A s'appuie sur le levier 17 et que la course devient plus grande dès que l'arête B s'appuie sur le levier 17. Pour mieux comprendre le fonctionnement de la soupape de frein dépendant de la charge, selon l'invention, on utilisera le schéma représenté à la figure 3. Dans ce schéma, on a représenté d'une part le mouvement de ressort E en fonction de la charge G et d'autre part la force de freinage P en fonction du mouvement de ressort E. La ligne I montre le mouvement de ressort des ressorts 15 de wagon en fonction de la charge G du véhicule. On a deux ressorts concentri- ques. Au début, c'est-à-dire lorsque le véhicule est pratiquement vide, un seul ressort est actif. Lorsque le véhicule est plus fortement chargé, les deux res- sorts agissent. C'est pourquoi, la caractéristique de ressort I présente un coude. La ligne II montre la force de ressort P en fonction du mouvement de ressort E des ressorts 15. Au début, le levier pivotant 17 agit par l'arête A et lorsque la charge est plus im- portante, le levier 17 agit sur l'arête N du piston 21. De ce fait, la caractéristique de la force de frein II présente également un coude. La résultante des deux caractéristiques I et II est alors une ligne droite: cela signifie que la force de ressort est proportionnelle à la charge du véhicule. Ainsi grâce aux deux arêtes A et B sur le piston 21, on obtient une croissance linéaire de la force de frein en fonc- tion de la charge du véhicule. REVENDICATIONS 1') Soupape de frein (10) dépendant de la charge pour commander la pression régnant dans la con- duite de frein d'un système de frein à air comprimé d'un véhicule (11), comportant: - des ressorts de véhicule (15) dont le mouvement (dé- formation) dépend de la charge du véhicule, - un levier de frein (17) pivotant qui pivote dans une première zone de pivotement (17a-17b) en fonction de la déformation des ressorts (15) du véhicule, - avec un piston (21) qui sert à actionner la soupape de frein (10) et s'appuie sur le levier de frein pi- votant (17); soupape caractérisée en ce que: - le piston (21) comporte au moins deux arêtes d'appui (A et B), - la plage de pivotement (17a-17b) est subdivisée en deux zones, - dans la première zone de pivotement (17a), le levier de frein (17) s'appuie sur l'arête (A) du piston (21) et, - dans la seconde zone de pivotement (17b), le levier de frein (17) s'appuie sur l'autre arête (B) du pis- ton (21). 2') Soupape de frein dépendant de la charge selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'en po- sition médiane du levier de frein pivotant (17), entre les deux zones de pivotement (17a, 19b), les deux arê- tes (A et B) s'appuient contre le levier de frein (17). 3') Soupape de frein dépendant de la charge selon la revendication 2, caractérisée en ce que le levier de frein pivotant (17) peut pivoter autour d'un axe fixe (16) et en ce que la distance (1,) entre le point d'appui d'une arête (A) sur le levier de frein (17) et l'axe (16) est inférieure à la distance (12) entre le point d'appui de l'autre arête (B) sur le le- vier de frein (17) et l'axe (16) du levier de frein (17).