Brevet FR2711343A1 — publié le 19950428

L'invention se rapporte à une assistance pneumatique à la triple valve équipant le système de freinage d'un convoi ferroviaire. Cette assistance se matérialise par un dispositif additionnel pneumatique agissant sur le piston de pilotage de la triple valve. Classiquement, le système général de freinage comprend, entre une source de pression qui est le réservoir auxiliaire et les cylindres des freins de la motrice et ceux des wagons, des commandes de freinage en cabine et deux circuits distincts de freinage, à savoir le circuit de freinage de la motrice et le circuit de freinage des wagons. Le réservoir auxiliaire est alimenté par une source générale de pression à partir d'un compresseur CMP à travers un réservoir principal suivi d'un détendeur DET. Pour plus de clarté on se réfèrera de suite à la figure 1. Le circuit de freinage des wagons présente une branche principale appelée conduite générale CGA qui dessert tous les freins de tous les wagons à partir d'une commande en cabine appelée ROBINET DE MECANICIEN, actionnée manuellement ou radiocommandée. Le circuit de freinage de la motrice comprend une branche appelée frein automatique déclenché par le freinage des wagons et une commande en cabine appelée FREIN DIRECT à commande manuelle ou radiocommandée. Ces deux commandes aboutissent à un SELECTEUR DE CIRCUIT appliquant la pression aux freins de la motrice. La triple valve constitue l'organe général de commande et de sécurité de tout système de freinage ferroviaire conventionnel aussi bien pour convoi de chantier ou de réseau privé que pour convoi classique de marchandises ou de voyageurs sur le réseau public de transport. La triple valve peut être assimilée à un distributeur pneumatique à pilotage pneumatique qui assure globalement la fonction générale de distributeur entre la source générale de pression du fluide pneumatique et les circuits d'utilisation, à savoir les circuits de freinage de la motrice et des wagons. Le rôle de la TRIPLE VALVE est d'effectuer un freinage automatique de la motrice à partir de la commande de freinage des wagons. La motrice peut également être freinée manuellement depuis la cabine par le FREIN DIRECT. Le SELECTEUR DE CIRCUIT effectue l'aiguillage du fluide pneumatique entre ces deux modes et les cylindres de commande des FREINS DE LA MOTRICE. Le freinage des wagons s'effectue à travers la triple valve par diminution de pression à partir d'une commande manuelle en cabine appelée ROBINET DE MECANICIEN qui déclenche automatiquement les freins de la motrice. La commande de freinage de wagons peut être actionnée à distance, par exemple au moyen d'une liaison radio qui agit sur l'un ou l'autre circuit de commande des freins. La triple valve se compose d'un tiroir actionné en mouvements de coulissement par un PISTON DE PILOTAGE présent dans un boitier à l'une des extrémités du corps renfermant le tiroir. Le tiroir ouvre ou ferme des branches de circuit par la poussée ou la traction provenant de la pression différentielle du fluide pneumatique s'exerçant sur l'une et l'autre des faces du piston de pilotage délimitant, pour l'une, une chambre inférieure reliée au RESERVOIR AUXILIAIRE et pour l'autre, une chambre supérieure reliée à la conduite générale CGA. Ces branches font partie du circuit de freinage de la motrice et de celui des wagons à partir de la source de pression représentée par le RESERVOIR AUXILIAIRE rempli à partir d'un réservoir principal situé près du compresseur. Le ROBINET DE MECANICIEN est relié directement à la conduite générale des freins wagons CGA. On rappelle que les freins de la motrice sont actionnés en freinage par une augmentation de pression comme dans un véhicule automobile alors que les freins des wagons le sont par un manque de pression. Une pression constante dont la valeur se situe vers 5,1 bars maintient les mâchoires des freins des wagons à l'état totalement desserré. Une baisse de pression plus ou moins importante dans cette conduite entraine automatiquement le freinage plus ou moins fort des wagons. Pour présenter la solution inventive, le fonctionnement du système de freinage d'un convoi ferroviaire et celui de la triple valve seront décrits ci-après en référence aux dessins dans lesquels . la figure 1 est le schéma général d'implantation de la triple valve représentée en symbole normalisé, équipée du dispositif d'assistance selon l'invention; . les figures 2, 3 et 4 sont des schémas simplifiés illustrant les différentes positions caractéristiques du tiroir de la triple valve. La représentation normalisée de la triple valve montre les trois blocs fonctionnels dont le bloc central dans lequel figurent les cinq orifices entrée/sortie. Conventionnellement, les représentations symbolisées en "T" couché indiquent un orifice fermé alors que l'absence de ce symbole indique un orifice ouvert. On remarque divers orifices ouverts sur les blocs inférieur et supérieur. On décrira dans un premier temps le fonctionnement de base correspondant aux premières manoeuvres de commande du machiniste à partir d'une situation de parking ou de celle du lendemain. Le machiniste trouve le circuit sous faible pression ou pression nulle et la triple valve en position C, soit en raison des fuites, soit en raison du vidage précédent de la conduite générale CGA. La mise en route du moteur de la motrice provoque la montée en pression dans le réservoir principal par le compresseur COMP jusqu'à environ 7-8 bars. Le détendeur DET placé entre le robinet de mécanicien et la conduite générale CGA limite cette pression conventionnellement à 5,1 bars Le machiniste souhaite débloquer les freins des wagons pour partir. Pour ce faire, il ouvre le robinet de mécanicien et envoie la pression dans la conduite principale CGA et vers la triple valve. Ceci à pour effet de débloquer les freins des wagons et de remplir le réservoir auxiliaire. La pression arrive au niveau du piston de pilotage qui se trouve rapidement poussé vers le bas. I1 entraîne le tiroir de la triple valve en position A. Cette position correspond à la mise à l'air des freins de la motrice (flèche horizontale supérieure) et à la mise en pression du réservoir auxiliaire (flèche oblique inférieure) à travers un passage calibré. Lorsque la pression dans le réservoir auxiliaire arrive au maximum de 5,1 bars, l'équilibre est atteint dans les chambres délimitées par le piston de pilotage. Celui-ci reste immobile dans la position A qui est la position stable de gonflage du réservoir auxiliaire et de roulage. Lors du premier freinage de la rame (freins wagons) la pression diminuera dans la conduite principale CGA jusqu'à une valeur fonction de l'intensité du freinage souhaité. Cette baisse de pression déplacera rapidement le piston de pilotage dans la position C sous l'effet de la pression différentielle représentant la force s'exerçant sur le piston de pilotage. Cette action qui a provoqué automatiquement le freinage de la motrice s'appelle communément freinage automatique. I1 existe cependant un frein manuel en cabine appelé frein direct aboutissant avec le frein automatique au sélecteur de circuit dont la sortie alimente les freins de la motrice. Après le freinage de la motrice, le réservoir auxiliaire s'est partiellement vidé et la pression dans celui-ci a chuté jusqu'à une valeur suffisante pour que le différentiel de pression pousse le piston de pilotage en position B correspondant à l'état neutre dans lequel tous les orifices sont fermés. La mise à l'air libre des freins de la motrice s'effectue dans la position A. Lors du prochain freinage, la triple valve passe en position C de la façon expliquée précédemment. C'est dans cette position que le machiniste laisse le convoi après son travail. Les freins des wagons sont serrés par manque de pression ou faible pression contrairement aux freins de la motrice qu'il faut serrer manuellement par le volant de manoeuvre du frein mécanique ou bien immobiliser la motrice par cales. Lorsque le ROBINET DE MECANICIEN est en position de défreinage des wagons, la conduite générale des wagons CGA est alimentée à la pression régulée à 5,1 bars. La TRIPLE VALVE se place en position initiale A de gonflage et de mise à l'air libre des cylindres de frein de la motrice, car elle est pilotée par cette même pression régulée à 5,1 bars. Dans cette position initiale A, on remplit par un orifice réduit le RESERVOIR AUXILIAIRE qui est d'un volume généralement égal au double de la capacité des cylindres de frein de la motrice. Au bout d'un certain temps, ce réservoir auxiliaire sera gonflé à 5,1 bars. A ce moment, la pression est équilibrée de part et d'autre du piston de pilotage de la TRIPLE VALVE. Le système est stable, il ne change pas de position. Si l'on freine les wagons, on libère une quantité de fluide pneumatique et la pression dans la conduite générale CGA va diminuer d'une plus ou moins grande quantité suivant la puissance de freinage désirée. Une fois un certain seuil de pression franchi, par exemple 4,5 bars, dans la conduite générale CGA, la pression différentielle entre la pression s'exerçant sur les deux faces du piston de pilotage de la TRIPLE VALVE s'inverse. La chambre inférieure reliée au réservoir auxiliaire initialement chargé à 5,1 bars d'un côté, et de l'autre la chambre supérieure reliée à la conduite générale CGA qui est à une pression plus faible engendrent une pression différentielle sous l'effet de laquelle le piston de pilotage se déplace en position C. Cette position permet au réservoir auxiliaire de se vider dans les cylindres de freins de la motrice jusqu'à ce qu'une pression d'équilibre s'installe, inférieure à 5,1 bars évidemment. Le réservoir auxiliaire voit ainsi sa pression diminuer, et devenir, au bout d'un certain temps, inférieure à la pression dans la conduite générale CGA. Sous l'effet de la pression différentielle, le piston de pilotage ramène le distributeur à la position fermée B. Si un freinage supplémentaire est demandé au niveau des wagons, donc une baisse de pression dans la conduite générale CGA par rapport au réservoir auxiliaire, le distributeur revient dans sa position initiale, à savoir C. Ce transfert d'air comprimé du réservoir auxiliaire vers les cylindres de frein entraîne donc une baisse de pression dans le circuit qui ne peut être rechargé qu'en position de gonflage ou de défreinage des wagons à 5,1 bars, c'est-à-dire la position A. Dans ce cas de défreinage wagons, où s'installe une pression de 5,1 bars dans la conduite générale CGA, le réservoir auxiliaire étant partiellement vidé, le piston de pilotage va brutalement évoluer en position A qui est également la position de mise à l'air libre des cylindres de frein de la motrice et la position de gonflage du réservoir auxiliaire. On est de nouveau en position de départ. La TRIPLE VALVE présente cependant le défaut suivant que l'invention a pour but de supprimer. On a envisagé ci-dessus le régime de frein automatique mais uniquement dans le cas où les cylindres de frein de la motrice étaient vides au départ. Cependant, si le conducteur a déjà freiné la motrice au moyen du frein direct et si le frein automatique est enclenché simultanément, ce qui peut arriver lors de manoeuvres d'accrochage ou à l'arrêt, le RESERVOIR AUXILIAIRE va devoir se vider dans des cylindres de frein déjà sous pression. La baisse de pression sera donc très faible ou inexistante car, par hypothèse, les freins de la motrice sont déjà à une pression voisine du maximum. Le conducteur défreine ensuite les wagons en appliquant une pression de 5,1 bars dans la conduite générale CGA. L'écart des pressions de part et d'autre du piston de pilotage est trop faible pour provoquer le déplacement du piston de pilotage et faire changer d'état le distributeur. Le système se bloque sur la position de freinage permanent de la motrice. Pour le débloquer, on a imaginé l'utilisation d'une ou de plusieurs purge(s) spécifique(s) prévue(s) à titre de solution de dépannage sur la conduite d'alimentation des cylindres de frein. L'actionnement de cette purge est manuel ou peut être radiocommandé. L'invention a pour but de supprimer cet inconvénient en prévoyant une assistance pneumatique au piston de pilotage de la triple valve destiné à rompre l'équilibre en forçant le piston de pilotage dans la position suivante. A cet effet, le dispositif d'assistance est un vérin pneumatique qui se trouve monté en bout de la chambre du piston de pilotage d'origine. La tige de ce vérin vient en appui sur le piston de pilotage. Il suffit d'alimenter simultanément la chambre supérieure du piston et le vérin. La poussée supplémentaire de ce vérin rompt dans tous les cas les situations d'équilibre provenant de deux pressions identiques ou quasi identiques de chaque côté du piston de pilotage. De nombreux avantages découlent de la présente invention dont ceux mentionnés ci-après . grande fiabilité, . utilisation possible en toute sécurité de la radiocommande dans tous les cas de manoeuvres sans craindre ni le blocage ni l'ouverture au niveau des purges, . on supprime le danger lié aux purges additionnelles, . on retrouve la sécurité et les caractéristiques initiales du système de freinage. La triple valve 1 est représentée de façon normalisée selon ses trois blocs fonctionnels principaux inférieur 2, central 3 et supérieur 4 correspondant respectivement aux trois positions A, B et C de son tiroir. On a repris sur le bloc central les cinq orifices d'entrée/sortie référencés de gauche à droite 5, 6 et 7, 8 et 9. Comme déjà indiqué ci-dessus, le fonctionnement du distributeur de la triple valve 1 est commandé par son piston de pilotage 10 qui permet de réaliser par son déplacement les aiguillages intérieurs dans chaque chambre intérieure de son corps 11 pour la distribution ou l'évacuation du fluide PNEUMATIQUE MOTEUR dans le circuit de freinage de la motrice CFM et dans celui des wagons par la conduite générale CGA. Le piston de pilotage 10 est monté dans un boîtier 12 délimitant un volume extérieur au corps de la triple valve. Il partage ce volume en deux chambres, l'une supérieure 13 et l'autre inférieure 14, communiquant pour la première avec la conduite générale CGA et pour la deuxième avec le RESERVOIR AUXILIAIRE. L'invention a pour but de supprimer les difficultés de déplacement de ce piston de pilotage dans certains cas d'équilibre des pressions dans chacune des chambres, ainsi que les inconvénients liés à la solution des purges spécifiques sur le circuit des freins. Selon l'invention, on monte sur le boîtier 12 du piston de pilotage un dispositif d'assistance 15 au déplacement qui a essentiellement pour but d'assurer automatiquement une poussée mécanique sur le piston de pilotage destinée à rompre l'équilibre de pression qui l'immobilise. L'organe actif du dispositif d'assistance est un vérin d'assistance 16 monté en bout de chambre supérieure 13 du piston de pilotage d'origine de la triple valve. Il est monté de façon que sa tige 17 vienne en appui mécanique de poussée en début de course sur le piston de pilotage 10 lorsque celui-ci se trouve en bout de course haute. L'assistance apportée par le vérin d'assistance 16 permet dans tous les cas de blocage par équilibre des pressions de retrouver une poussée suffisante pour que le piston de pilotage se déplace à nouveau. Le diamètre du vérin est calculé de sorte que l'apport de poussée soit de 10 à 15 % de la force normale de déplacement du piston de pilotage. Le système relatif à l'invention est indispensable lorsque le convoi est radiocommandé. Dans ce cas, les purges spécifiques sont inaccessibles. En effet, le remplacement de ces purges par des électrovannes radiocommandées ne donne pas satisfaction sur le plan général de la sécurité. L'invention concerne aussi tout autre moyen d'actionnement du piston de pilotage purement mécanique ou électromécanique. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'assistance du piston de pilotage (10) de la triple valve (1) d'un ensemble de freinage pour un convoi ferroviaire formé d'une motrice et d'au moins un wagon, ledit piston étant logé dans un boîtier (12) prévu à l'une des extrémités du corps (11) de la triple valve, boîtier dont le volume intérieur est partagé par le piston de pilotage (10) en une chambre supérieure (13) reliée à la conduite générale et une chambre inférieure (14) située près du corps (11) et reliée au réservoir auxiliaire, caractérisé en ce qu'un moyen extérieur d'assistance apporte une force de poussée ou de traction sur le piston de pilotage (10) pour rompre l'équilibre de pression qui l'immobilise. 2. Dispositif d'assistance selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen d'assistance est un vérin d'assistance (16)- monté en bout du boîtier (12) du piston de pilotage (10) dont la tige (17) traverse l'extrémité du boîtier (12) et la chambre supérieure (13) pour venir en contact mécanique avec le piston de pilotage (10). 3. Dispositif d'assistance selon la revendication 2 caractérisé en ce que le vérin d'assistance (16) est alimenté en fluide pneumatique par la conduite générale de freinage des wagons. 4. Dispositif d'assistance selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'alimentation du vérin d'assistance (16) est prise sur la conduite d'alimentation de la chambre supérieure (13). 5. Dispositif d'assistance selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la tige (17) du vérin d'assistance (16) traverse la chambre supérieure (13) pour venir en contact mécanique avec le piston de pilotage (10).