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"SYSTEME DE COMMANDE ELECTRIQUE CRAN PAR CRAN POUR COMBINATEUR
ET AUTRES APPLICATION" Ltinvention,pystème Heidmann, se rapporte plus particulièrement aux équipements de traction de grande puissance,mais elle peut s'appliquer à tout combinateur dont on désire assurer la manoeuvre par des moyens mécaniques.
Dans la description qui va suivre on considère un équipement de traction de grande puissance dans lequel le contrôle des moteurs est assuré par des contacteurs actionnés dans l'ordre voulu. par un arbre à cames.
Dans les systèmes connus l'arbre à cames reçoit son mouvement cran par cran soit d'un ou de plusieurs pistons
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actionnés par l'air comprimé,soit d'un moteur électrique par l'intermédiaire de réducteurs de vitesse appropriés, soit encore d'électro-aimants.
Dans le système objet de l'invention,l'arbre à cames reçoit son mouvement cran par cran d'un moteur électrique; ce système est essentiellement caractérisé par le mécanisme d'attaque de l'arbre à cames par le moteàr,par le dispositif de verrouillage de l'arbre à cames,par l'alimentation du moteur électrique et par le dispositif d'arrêt de ce dernier.
Sur le dessin ci-annexé :
La fig.l est une vue d'ensemble montrant le système de commande;
La fig. 2 est une vue analogue montrant,pour plus de clarté, le mécanisme d'attaque de l'arbre à cames par le mo- teur avec le dispositif de verrouillage;
La fig.3 est une coupe transversale suivant les lignes x y des fig. 1 et 2;
La fig. 4 représente à plus grande échelle la partie principale du mécanisme de commande;
La fig.5 est un schéma montrant le mode d'alimentation du moteur électrique actionnant le mécanisme de commande;
La fige 6 représente un dispositif d'alimentation du dit moteur électrique.
Sur toutes ces figures,les mêmes chiffres ou lettres de référence désignent les mêmes organes;pour les fig, ly2y 3,4 et 6 on a supposé que les éléments constitutifs du sys- tème de commande occupaient la position de repos.
Soit 1 l'arbre 'à cames qu'il s'agit d'actionner cran par cran dans un cens ou dans l'autre, fig. 1 et 2,on suppose, à titre d'exemple,qu'il y a onze positions ou crans à réaliser
A l'extrémité de l'arbre 1 se trouve calé un plateau.
Ce plateau porte une couronne dans laquelle sont taillées onze rainures radiales équidistantes, fig. 3 et 4,de façon à laisser subsister en saillie du plateau onze dents 3 identiques et équidistantes. Un verrou 4 actionné comme il est dit
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plus loin peut s'engager dans l'une des rainures et fixer l'arbre à cames dans une position déterminée. le moteur électrique de commande 5 porte au bout de son arbre 6 une manivelle 7 dont le maneton 8 est muni d'un galet 9,le tout agencé de façon que le galet 9 puisse s'en- gager tapgentiellement dans l'une ou l'autre des rainures de part et d'autre de la dent 3 diamétralement opposée au verrou. 4.
Un excentrique 10 une came ou tout autre mécanisme équivalent calé sur l'arbre 6 du moteur 5 commande le verrou 4 par l'intermédiaire d'une tige 28 articulée sur une pièce mobile de guidage 29,de telle façon que ce verrou se dégage dès que le galet 9 s'engage dans une rainure et inversement-..
Dans ces conditions, on voit que si l'arbre 6 du moteur 5 fait un tour, l'arbre à cames 1 est saisi par le galet 9, déverrouillée entraîné d'un onzième de tour puis reverrouillé et que le sens de rotation de l'arbre à cames est le même que celui du moteur 5.
En effet,en se reportant aux fig. 1 et 2 et particulièrement 3 et 4 du dessin,on peut constater ce qui suit :
Partant de la position de repos représentée,si le moteur 5 tourne dans le sens de la flèche 3,il entraine son arbre 6,la manivelle 7 et par suite le galet 9.Celui-ci se déplace tout d'abord de la position a à la position ± sans exercer aucune action sur le plateau 2,niais pendant ce déplacement angulaire,l'excentrique 10 par l'intermédiaire des organes 28,29 a soulevé le verrou 4 qui s'est dégagé des dents 3 entre lesquelles il se trouvait emprisonné.
Au moment où il atteint la position b, legalet 9 attaque tangentiellement la dent 3 diamétralement opposée au verrou 4 et pousse cette dent et par suite le plateau 2 dans le même sens que la flèche F.
Le mouvement imprimé au plateau 2 part d'une vitesse nulle au moment de l'attaque du galet 9 ,pour atteindre une
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vitesse maximum lorsque le dit galet 9 arrive dans la po- sition c.
A partir de ce moment, la vitesse communiquée au plateau 2 par le galet 9,agissant sur le flanc de la dent 3 considérée,va en décroissant jusqu'à ce que le dit galet 9 vienne occuper la position d, symétriqueà la position b.; à ce moment l'action du. galet 9 est nulle. pendant que le galet 9 parcourt l'arc d a, le verrou 4, sous l'action de son excentrique 10, reprend sa position d'en- clenchement montrée au. dessin.
Cet enclenchement opéré le plateau 2 s'est déplacée dans l'exemple représenté, exactement d'un onzième de tour,
Les explications qui précèdent permettent de faire les remarques importantes ci-après :
1 - Quelle que soit la vitesse du galet 9 le plateau 2 est saisi avec une vitesse nulle, entrainé à vitesse d'abord croissante puis décroissante puis enfin abandonné à vitesse nulle son mouvement est donc exécuté sans choc. Le verrou. 4 n'intervient que pour fixer le plateau 2 dans la position qu'il a atteinte à vitesse nulle.
2 - Le mouvement s'effectuant sans choc, il peut être rendu aussi rapide qu'on le désire.
3 - e déplacement de l'arbre à cames 1 d'un cran au cran voisin est effectué d'une façon précise.
4 - Les différentes pièces de ce dispositif sont des pièces de mécanique courante, faciles à exécuter avec précision!: Le fait que les mêmes rainures servent à la fois pour' l'entrainement et pour le verrouillage est également favorable à. une réalisation précise du mécanisme.
Ce dispositif permet donc moyennant une mécanique simple des mouvements de l'arbre à cames rapides,précis et sans chocs,conditions essentielles pour la manoeuvre correcte des contacteurs et la bonne conservation de toat le mécanisme,
Le moteur électrique 5 peut être d'un système quelconqae approprié,mais il est préférable d'utiliser un moteur série
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( à courant continu ou à courant monophasé) à deux enrou- lements d'excitation 11 et 11',fig. 5 chacun de ces enroule- ments étant utilisé séparément pour la rotation dans un sens ou dans l'autre.
En série avec chacun de ces inducteurs 11 et 11' se trouve placée une résistance de démarrage 12, 12'. L'induit
13 est shunté par une résistance 14 dont le rôle est de maintenir la saturation des pôles quelle que soit la charge du. moteur.
Le moteur 5 a donc une caractéristique sensiblement shunt.
Il pourrait d'ailleurs être remplacé par un moteur . shunt, mais le couplage série tel que décrit a l'avantage de permettre des connexions remarquablement simples. Il suffit en eff,et d'alimenter le moteur 5 par l'un ou l'autre des in- ducteurs Il,11' en 15 ou 16 pour obtenir la rotation du moteur dans un sens ou dans l'autre.
Cette alimentation est faite en principe par le manipu- lateur et par l'intermédiaire d'un cylindre d'asservissement, le rôle de ce cylindre étant de couper l'alimentation lorsque l'arbre à cames atteint la position désignée par le manipula- teur;ceci d'une manière connue.
Il est toutefois important d'attirer l'attention sur ce que la coupure réalisée par le cylindre d'asservissement a lieu non pas à fin de course de l'arbre à cames limais à pleine course;lorsque le galet 9 occupe par conséquent la po- sition c , fig. 3 et 4.
L'alimentation du moteur 5 par le manipulateur est doubles d'une autoalimentation directe en 17 et 18 assurée par deux contacteurs commandés par l'arbre du dit moteur 5. Suivant le sens de rotation, l'un ou l'autre de ces contacteurs entre en action pour alimenter directement 11 ou 11',dès que le galet 9 s'engage dans une rainure et couper lorsque ce galet 9 quitte cette rainure.
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A cet effet;ltar'bre 6 du moteur 5 porte une came T9, fig. 6,agissant sur un levier 20 qui peut osciller autour d'un axe 21 et qu'un ressort 22 ramène dans sa position médiane.Ce levier 20 porte les deux contacts mobiles 23 et 24 des contacteurs 17 et 18,les contacts fixes étant représen. tés en 25 et 26.
On voit que suivant le sens de rotation da moteur 5 c'est l'un ou l'autre des contacteurs 17 ou 18 qui entre en jeu..
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Le rcle de l'aatoalimentation est : 1 - d'assurer la continuation de toute manoeuvre commencée quelles que soient les manoeuvres ou fausses manoeuvres effectuées avec le combinateur.
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29 - de court-circuiter la résistance de démarrage 12 ou 12' lorsque le galet 9 entre dans sa phase active.
3 - de couper l'alimentation du moteur 5 en un endroit bien précis de sa rotation et lorsque la manoeuvre de l'arbre à ca:aes 1 est complétement achevée,ce qui ne pourrait pas être réalisé par le tambour d'asservissement solidaire de l'arbre à cames.
4 - d'assurer vraiment l'alimentation, du moteur 5 pendant sa course active,le combinateur et le tambour d'asser- vissement ayant simplement comme rôle d'amorcer le mouvement ' du dit moteur mais n'intervenant plus pendant sa course et en' particulier pour la rupture,
Il y a lieu de remarquer que toutes les coupures de courant sont effectuées par les contacteurs d'autoalimentation 17 et 18. Ni le manipulateur ni le cylindre d'asservissement ne coupent le courant. Cette particularité permet de simplifier la construction de ces organes.
En raison de manoeuvres intempestives du combinateur, il peut arriver,par exemple,que l'alimentation soit effectuée simultanément en 16 par le manipulateur et en 17 par le contacteur d'autoexcitation. Cette éventualité est sans consé-
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quence grâce à la présence de la résistance 12' qui fait que le courant dans l'inducteur 11' reste négligeable par rapport au courant dans l'inducteur il:*
Il fatit arrêter le moteur 5 dès que la manoeuvre de l'arbre à cames 1 est terminée,pour autant que l'alimenta- tion soit cou.pée en 15 et 16 par le contrôleur d'asservis- sement.
A cet effet,on dispose comme cour.Je de freinage de tout l'arc d a b correspondant à la course du galet 9 hors des rainures'du. plateau 2,fig. 3 et 4. Peu importe en effet la position d'arrêt du galet 9 pourvu qu'elle soit sur cet arc.
Il n'est donc pas nécessaire d'arrêter le moteur dans une position précise et cette latitude permet de réa- liser un arrêt par freinage progressif,donc sans choc ni fatigue excessive des organes.
En réalité le mécanisme peut être combiné pour que le freinage commence environ 60 après la mi-course du galet 9,en f si l'on considère le cas d'une rotation à droi- te, (dans une position symétrique pour une rotation à gauche) et pour qu'il cesse au rnilieu de l'arc d b en a, fig.3.
De f en d le couple de freinage et le couple moteur 's'opposent puisque le courant n'est coupé qu'en d mais on verra qu'à ce moment le couple'de freinage est grand par rapport au couple moteur,de sorte que l'arc f d correspond en réalité à la plus'grande efficacité de freinage et que le galet 9 arrive en d à vitesse très réduite, En ±le couple moteur est supprimée le couple de freinage subsiste seul et en rai- son de la faible vitesse,assure en toute sécurité l'arrêt du galet entre d et a.
Le freinage est obtenu à l'aide d'un frein taré à huile ou autre liquide pratiquement incompressible agencé de la façon suivante :
L'arbre 6 du moteur 5,fig. 1 porte un excentrique 10 qui actionne,par bielle 28 un piston plongeur 29 qui peut
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porter le verrou 4.Le calage de l'excentrique est tel que le plongeur est à fond de course lorsque le galet 9 est à mi-course hors des rainures du plateau en a fig: 3 et 4.
Le plongeur 29 coulisse dans un cylindre 30 et vient pénétrer à frottement doux lors de son mouvement descendant dans un puits 31 rempli d'huile. Un réservoir 32,surmontant le puits contient la réserve d'huile. Le fond.du puits est percé d'un orifice 33, qui,par les conduits 27, fatit communiquer le fond du puits 31 avec le réservoir 32. Cet orifice est fermé par un cylindre 34 formant soupape et que maintient un ressort 35.
Grâce à cet agencement lors d'une rotation de l'arbre 6 du moteur 5,si à la position de départ le galet 9 est vers le bas,le piston plongeur 29 est alors à fond de course, l'ar- bre 6 tournant,le plongeur 29 remonte faisant le vide sous lui. Dès que le dit plongeur découvre l'orifice supérieur du puits 31,l'huile du réservoir 32 se précipite par cet orifice et remplit le puits, poussée parla pression atmosphérique.
Galet 9 et plongeur 29 arrivent ensuite en haut de leur cour- se,puis redescendent.Dès' que le plongeur 29 pénètre dans le
Doits 31 la pression d'huile sous le plongeur croit jusqu'à repousser la soupape 34 et se maintient constante pendant toute la course descendante du plongeur 29. C'est cette pres- sion constante qui crée la force de freinage. :En réglant le ressort 35,on peut lui donner la valeur voulue pour que dans tous les cas l'énergie cinétique du moteur 5 soit presque entièrement absorbée lorsque le galet 9 arrive dans la posi- tion d ,fige 3 et 4.
On a vu que pendant la course f d du galet,le couple de freinage et le couple moteur s'opposaient mais que cepen- dant cet arc f d correspondait à la plus grande efficacité du freinage.Ceci nécessite que le couple moteur soit faible par rapport au couple de freinage.
Or le couple moteur est fonction de la vitesse du mo-
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teur. Si ce moteur était' à flux rigoureus-fnén't constant le couple moteur croîtrait suivant une loi linéaire lorsque la vitesse décroîtrait pour atteindre à vitesse nulle sa valeur maximum.
Du fait que le flux croît légèrement avec l'intensité absorbée et également du fait des pertes par hystérésis et courant de Foucault cette loi linéaire est légérement altérée mais il n'en reste pas moins que le couple croît à peu près linéairement lorsque la vitesse décroît.
Mais ceci n'est vrai qu'en régime stable. Lorsqu'au. contraire la vitesse décroît rapidement comme c'est le cas sur l'arc f d le couple moteur croît moins lentement que ne le voudrait la loi ci-dessus en raison de la self induction des circuits et'par un choix judicieux de cette self induction on peut faire en sorte que pendant la période de freinage f d le couple moteur garde pratiquement la valeur correspondant à la vitesse du moteur en ± c'est-à-dire sa plus faible valeur.
Doncgrâce à la self induction des circuits du moteur ou.plus précisément,en proportionnant la constante de temps de ces circuits avec la durée de parcours de l'arc f d, on parvient à obtenir sur cet arc un ralentissement presque total du moteur bien que l'effort moteur subsiste et s'oppose à l'effort de freinage.
On peut agir sur la constante de temps en ajoutant en série avec le moteur une self inductance.Plus simplement on obtient une constante de temps appropriée en choisissant la résistance de shuntage de l'induit 14 de telle sorte qu'à la grande vitesse du moteur.,en Iles inducteurs ne soient pas saturés.
L'utilisatioin de ce phénomène permet d'obtenir sur l'arc f d un freinage efficace avec un couple de freinage inférieur au couple moteur maximum, Grâce à quoi il sera pos- sible,sans autre artifice,de démarrer le moteur après son
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arrêt sur l'arc d a.
Il convient d'observer que,dans sa course ascendante, le plongeur est soumis à un effort de freinage dû à la pression atmosphérique et cet effort est évidemment nuisible puisqu'il s'oppose à la mise en-vitesse du mécanisme.
Mais on peut le rendre aussi faible que l'on veut et négligeable devant l'effort moteur en réduisant la section du plongeur,ce qui revient à choisir une valeur assez élevée pour la pression d'huile dans le puits lors du freinage, en pratique de 20 à 40 Kg/cm2.
Il doit être entendu que la réalisation de l'invention montrée sur le dessin est donnée à titre d'exemple mais 10 mécanisme peut être réalisé de façon sensiblement . différente sans sortir du cadre de l'invention.
Par exemple : les rainures creusées dans la couronne du plateau 2 peuvent être autrement que rectilignes et radiales. L'essentiel est que le galet 9 les attaque tangen-
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Le galet 9 peut être remplacé par toute autre pièce: par une glissière,par une came de profil approprié,ou tout autre organe adéquat.
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L'aÚtoaliJ1lentation du moteur peut être obtenue autrement que par deux contacteurs commandés par l'arbre du moteur l'essentiel est qu'elle dépende de la position et du sens de rotation de cet arbre.
Le frein peut être autre qu'un frein à huile'et à plongeur;on pourrait utiliser on particulier un frein à sa-
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bot7,,url frein à bande, CO11uo.ndés mécaniquement ou électri- quement par l'arbre moteur;on pourrait même freiner le moteur en le faisant fonctionner en génératrice.
Le système de commande objet de la présente invention peut recevoir en totalité ou partiellement d'autres
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applications que la commande d'un combinatearDian manière générale,il peut être utilisé chaque fois que 1!on désire
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''actionner un arbre d'une façon précise et rapide d'un angle donné dans un sens quelconque.une ou plusieurs fois dans un sens donne.