Brevet FR2680491A1 — publié le 19930226

SABLIERE POUR VEHICULE FERROVIAIRE La présente invention concerne le domaine du transport ferroviaire et plus précisément les dispositifs destinés à améliorer l'adhérence des roues sur les rails et a notamment5 pour objet une sablière pour un véhicule ferroviaire tel qu'une locomotive. L'utilisation des sablières sur les véhicules ferro- viaires de traction dans le but d'améliorer l'adhérence entre une roue et le rail sur lequel elle roule par injection de10 sable sur leur zone de contact, est connu depuis le début du transport ferroviaire et on continue à utiliser des sablières dans le même but à l'heure actuelle La facilité avec laquelle il est possible de se procurer du sable de qualité et à bas prix ainsi que la simplicité et la fiabilité de leur emploi15 ont favorisé la poursuite de l'utilisation des sablières pour les véhicules ferroviaires. A l'heure actuelle, les sablières dont le principe de fonctionnement est fondé sur la fluidification, le transport et l'injection du sable par de l'air comprimé disponible sur20 tous les véhicules ferroviaires, sont utilisées à grande échelle A titre d'exemple typique, on peut citer une sablière utilisée fréquemment sur les locomotives de l'Union Soviétique et qui comporte un corps dans lequel sont incorporées des tubulures, destinées à l'amenée de l'air comprimé nécessaire à25 l'entraînement et à l'injection du sable (voir par exemple "Conception, calcul et élaboration du projet des locomotives", par A A Kamaev, Mashinostroenie (Moscou), 1981, pages 233 à 237). Dans la plupart des autres pays, des sablières fonction- nant selon un principe analogue sont utilisées sur les bogies ferroviaires moteurs en particulier sur les locomotives. Les inconvénients de ces sablières peuvent se résumer ainsi: une faible efficacité et des performances économiques médiocres du fait qu'il n'est pas possible de régler le débit de la sablière; l'impossibilité de régler le débit de sable de la sablière au niveau requis pour obtenir les meilleurs perfor- mances d'adhérence; l'instabilité des résultats d'adhérence, reliée aux défauts précédents; des défaillances de fonctionnement en cas de pénétration dans le sable de l'eau de condensation accompagnant l'air comprimé depuis les tubes d'amenée du sable. Un perfectionnement aux sablières visant à supprimer les inconvénients susmentionnés a consisté à proposer des sablières dans lesquelles le sable est séparé de la chambre de mélange par un clapet à commande électromagnétique Dans ce cas, la sablière comporte un corps muni: de canaux destinés à être raccordés à une trémie et à une conduite de sable, d'une20 tubulure d'amenée d'air comprimé et d'un électro-aimant équipé d'une armature à ressort et relié à un clapet. On connaît également une variante de la sablière sus- mentionnée qui comporte une trémie, mise en communication à travers un canal vertical avec une tubulure d'évacuation du25 mélange sable-air, un clapet d'obturation réalisé sous la forme d'une plaque, dont l'extrémité supérieure est fixée à la paroi du canal et l'extrémité inférieure est disposée dans la zone d'attraction de la commande électromagnétique comprenant deux électroaimants dont les noyaux sont constamment aimantés30 et sont disposés de part et d'autre de ladite plaque. Les inconvénients de ces dispositifs décrits résident dans: une faible efficacité et des performances économiques médiocres dues au fait qu'il n'est pas possible de régler le débit de la sablière; une usure intensive des éléments actifs, provoquée par les efforts intenses développés au moment de l'interaction de ces éléments avec le sable. On s'est donc proposé de créer une sablière dont la conception des éléments principaux permette d'augmenter le rendement, les performances économiques et la fiabilité de fonctionnement.5 Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'une sablière pour véhicule ferroviaire comprenant un corps muni d'un canal vertical raccordé, à une extrémité, à une tubulure d'amenée de sable, et à l'autre extrémité, par l'intermédiaire d'un clapet d'obturation à commande électromagnétique, à une chambre de10 mélange reliée à une source d'air comprimé et à une tubulure d'évacuation du mélange sable- air, caractérisée, selon l'in- vention, en ce qu'au moins une partie du clapet d'obturation est disposée dans la zone d'attraction d'un organe d'actionne- ment électromagnétique et comporte une plaque élastique, fixée15 à une extrémité sur le corps et portant, à l'autre extrémité, un organe d'obturation apte à obturer périodiquement un trou de dosage du canal vertical. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le circuit de commande de l'organe d'actionnement électromagné- tique comporte un capteur de vitesse et une unité de commande et le noyau magnétique dudit organe d'actionnement est monté réglable dans la direction axiale et susceptible d'être rigi- dement fixé par rapport à une bobine électrique dudit organe. Selon une autre variante de réalisation, l'organe d'ob- turation est muni d'une masselotte susceptible de venir en appui sur le corps de la sablière. Ce mode de réalisation des éléments de la sablière permet de faire varier le débit de sable amené par la sablière proportionnellement à la vitesse de déplacement d'un véhicule30 ferroviaire, ce qui assure le dépôt ou l'injection d'une masse optimale, sensiblement constante, de sable dans la zone de contact des roues et du rail, indépendamment de la vitesse de déplacement. Grâce à cette disposition, on obtient une efficacité maximale et des performances économiques améliorées du sablage pour l'amélioration de l'adhérence entre les roues et le rail. L'essentiel des éléments de l'invention va être exposé ci-après. L'idée-mère de l'invention est fondée sur les résultats des études théoriques et des expériences pratiques selon lesquelles le coefficient maximal d'adhérence entre les roues et le rail ne peut être obtenu qu'en introduisant une masse de 5 sable strictement déterminée dans la zone de contact Tout écart par rapport à cette masse de sable déterminée que ce soit en plus ou en moins, abaisse la valeur du coefficient d'adhérence entre les roues et le rail Pour satisfaire à cette condition d'une masse de sable quasi constante dans le10 zone de contact, il est indispensable d'assurer la variation du débit du sable injecté par la sablière en fonction de la vitesse de déplacement du véhicule ferroviaire. En effet, pour amener depuis le canal vertical le sable dans la chambre de mélange o il est fluidifié et injecté par l'air comprimé sous les roues du véhicule ferroviaire tel qu'une locomotive, on ouvre un clapet d'obturation fermant le trou de dosage de façon à ouvrir une section de passage sensi- blement proportionnelle à la durée des impulsions électriques qui sont fournies par une unité de commande à électro-aimant20 et qui sont fonction de la vitesse de déplacement de la loco- motive. De cette façon, on augmente le débit de sable injecté par la sablière au fur et à mesure de l'augmentation de la vitesse de déplacement de la locomotive.25 L'augmentation de la fiabilité de fonctionnement de la sablière est obtenue du fait que l'organe d'obturation est fixé en porte-à-faux perpendiculairement à la plaque élastique ce qui permet de réduire les efforts et, par conséquent, l'usure qui sont engendrés par l'interaction de l'organe30 d'obturation avec la masse du sable du fait que, dans ce cas, ils coopèrent l'un par rapport à l'autre sous un angle favo- rable. En outre, on a prévu entre l'organe d'obturation et l'orifice de dosage un jeu égal à 2 à 3 fois l'encombrement ou le diamètre des particules du sable (I,0 à 1,5 mm), ce qui supprime le risque de fragmentation de ces particules et contribue, par cela même, à la quasi élimination de toute usure abrasive intensive. Dans le but d'augmenter l'efficacité de la sablière pour le réglage du débit d'amenée du sable, on monte le noyau de l'électro-aimant de manière qu'il puisse être déplacé de façon réglable dans la direction axiale et fixé ensuite par rapport5 à la bobine. Ainsi, lorsque la sablière selon l'invention est montée sur un vehicule ferroviaire, grâce aux particularités distinc- tives qu'elle présente, elle permet, pendant le déplacement du véhicule ferroviaire, d'obtenir les valeurs maximales possi-10 bles pour les coefficients d'adhérence entre les roues et le rail et d'utiliser d'une manière rationnelle le sable Pour cela, on amène dans la zone de contact une masse optimale de sable, en faisant varier, à cet effet, le débit de la sablière en fonction de la vitesse de déplacement du véhicule ferro-15 viaire. Des essais ont montré que l'emploi de la sablière selon l'invention présentant les qualités susmentionnées permet d'obtenir les avantages suivants: une augmentation de l'efficacité de l'utilisation du sable de 5 à 15 % (selon le critère du coefficient d'adhé- rence); une réduction de la consommation du sable, au moins à la moitié; la réduction de l'usure des surfaces du chemin de roulement des roues et des rails ainsi que des ensembles du train de roulement qui ne sont pas protégés contre la pénétra- tion du sable; une augmentation de la sécurité de déplacement du véhicule ferroviaire; une réduction de l'encrassement, au minimum possible, de l'emprise de la plate-forme ferroviaire. D'autres buts, avantages et caractéristiques appara - tront à la lecture de la description d'un mode de réalisation d'une sablière de locomotive, faite à titre d'exemple non35 limitatif et en référence au dessin joint dans lequel: la figure 1 représente, en coupe, l'ensemble d'une sablière selon l'invention; la figure 2 représente, d'une manière schématique, la caractéristique de fonctionnement de la sablière représentée à la figure 1, sous la forme d'un graphique illustrant la rela- tion entre le débit Q de sable injecté et la vitesse de dépla-5 cement-V d'une locomotive. La sablière d'une locomotive (figure 1) est incluse dans un système de sablage qui comporte un capteur de vitesse 1 relié à une unité de commande 2, en liaison électrique avec des tuyères de sablage ou sablières proprement dites compre-10 nant un corps 3, un canal 4 disposé verticalement à l'inté- rieur de celui-ci et raccordé à une extrémité à une tubulure 5 d'amenée de sable, tandis que l'autre extrémité présente un trou de dosage 6, qui est susceptible d'être obturé par un organe ou clapet d'obturation muni d'une commande électrique15 et qui débouche sur une chambre de mélange 7, reliée à une tubulure 8 d'amenée de l'air comprimé et avec une tubulure 9 d'évacuation du mélange sable-air La tranche du trou de dosage 6 est périodiquement obturée par un organe d'obtura- tion 10 formant clapet d'obturation de sable, fixé en20 porte-à-faux à l'extrémité d'une plaque ou lame élastique 11 et qui est rendu solidaire d'une masselotte 12. Un induit 13 est monté sur la plaque élastique 11 et est orienté vers un inducteur 14 à bobine électromagnétique 17 constituant un organe d'actionnement électromagnétique et25 formé: d'un boîtier 15 à bossage 16, de la bobine 17 d'excita- tion électrique et d'un noyau magnétique 18 fixé dans ledit boîtier à l'aide d'une queue 19 et d'un écrou d'arrêt 20 Une encoche 21 est ménagée à l'extrémité de la queue 19 La bobine 17 est isolée de la chambre de mélange 7 par un joint30 d'étanchéité 22. La sablière selon l'invention pour véhicule ferroviaire fonctionne de la manière décrite ci-après Le sable s'écoule de la tubulure 5 dans le corps 3 et s'accumule à l'intérieur du canal vertical 4 o il est retenu par l'organe d'obtura-35 tion 10. Dans le cas o il est nécessaire d'injecter du sable sous les roues de la locomotive ou du véhicule ferroviaire, on adresse à la bobine 17 de l'inducteur 14 des impulsions électriques de durée variable émises par l'unité de commande 2 en fonction des paramètres du signal du capteur de vitesse 1. On proportionne ainsi la durée des impulsions adressées à l'inducteur 14, à la vitesse de déplacement de la locomotive.5 En conséquence, l'induit 13 attiré par le noyau magnétique 18 entraîne avec lui la plaque élastique 11 et l'organe d'obtura- tion 10 et effectue des déplacements alternés entre la direc- tion du trou de dosage 6 et le noyau 18 de l'électro- aimant 11, ce qui assure une ouverture périodique, proportion-10 nelle à la durée de l'impulsion électrique, du trou de dosage 6 et une entrée de sable dans la chambre de mélange 7 sensi- blement proportionnelle à la vitesse V du véhicule ferro- viaire. L'air comprimé qui projette violemment le sable, mis à l'état fluidisé par bouillonnement d'air comprimé, à travers la tubulure 9 jusque sous les roues de la locomotive est amené à la chambre de mélange 7 simultanément aux impulsions élec- triques sur la bobine 17 Pour interrompre l'amenée du sable, on cesse les impulsions électriques sur la bobine 17 et on20 interrompt l'amenée d'air comprimé à la tubulure 8. L'ouverture du trou de dosage 6 par l'organe d'obtura- tion 10, pendant une durée proportionnelle à la durée des impulsions électriques qui sont fonction de la vitesse de déplacement de la locomotive et sont adressées à25 l'inducteur 14, permet de faire varier le débit de sable amené et de réaliser la caractéristique de débit d'injection de sable Q de la sablière en fonction de la vitesse V du véhicule ferroviaire, par exemple une locomotive, telle qu'illustrée sur le graphique représenté à la figure 2.30 Le réglage de la sablière, pour obtenir un débit d'écou- lement de sable déterminé dans la chambre de mélange 7, est réalisé par déplacement du noyau 18 par rapport à la bobine 17. Pour déplacer le noyau 18, on fait tourner la queue 19 du noyau 18 en engageant un tournevis dans l'encoche 21 et on35 fixe ensuite la queue 19 dans sa nouvelle position à l'aide du contre-écrou 20. En opérant de cette façon, on fait varier l'intensité du champ magnétique de la bobine 17 qui conditionne la valeur de l'effort d'attraction exercé sur l'induit 13 par le noyau 18. Afin d'améliorer l'écoulement du sable depuis le trou de dosage 6, on fixe à l'élément de coupure 10 une masselotte 12 qui est susceptible de venir en appui sur la paroi frontale du corps 3 de la sablière dans lequel est ménagé le trou de dosage 6, ce qui contribue à amortir les impulsions du choc du retour de la lame élastique 11 lorsque l'organe d'obtura-10 tion 10 revient à la position de départ d'obturation. Les moyens qui viennent être décrits pour permettre de régler le débit de sable d'une sablière pour véhicule ferro- viaire en rendant le débit sensiblement proportionnel à la vitesse de ce véhicule, peuvent être appliqués à d'autres15 domaines de l'industrie o il est nécessaire de doser des matériaux pulvérulents. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de20 l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Sablière pour véhicule ferroviaire comprenant un corps muni d'un canal vertical raccordé à une extrémité à une tubulure d'amenée de sable et, à l'autre extrémité, par l'inter-5 médiaire d'un clapet d'obturation à commande électrique, à une chambre de mélange reliée à une source d'air comprimé et à une tubulure d'évacuation du mélange sable-air, caractérisée en ce qu'au moins une partie ( 13) du clapet d'obturation ( 10, 11) est disposée dans la zone d'attraction d'un organe d'ac- tionnement électromagnétique ( 14) et comporte une plaque élastique ( 11) fixée à une extrémité sur le corps ( 3) et portant, à l'autre extrémité, un organe d'obturation ( 10) apte à obturer périodiquement un trou de dosage ( 6) du canal verti- cal ( 4). 2 Sablière selon la revendication 1, caractérisée en ce que le circuit de commande de l'organe d'actionnement électromagnétique ( 14) comporte un capteur de vitesse ( 1) et une unité de commande ( 2) et en ce que le noyau magné- tique ( 18) dudit organe d'actionnement ( 14) est monté réglable20 dans la direction axiale et susceptible-d'être rigidement fixé par rapport à une bobine ( 17) d'excitation électrique dudit organe ( 14). 3. Sablière selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'organe d'obturation ( 10) est muni d'une masselotte ( 12) susceptible de venir en appui sur le corps ( 3) de la sablière.