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"DISPOSITIF POUR SIGNALER ET ARRETER LE PATINAGE D'UN TRAIN DE
ROUES PENDANT LE PREILAGE"
Pour arrêter le plus rapidement possible un véhicule circulant à grande vitesse, on est obligé de freiner les roues avec un effort très voisin de celui permis par l'adhérence. Ce freinage augmente le danger d'enrayage des roues. Le patinage d'un train de roues peut être amorcé par une réduction locale du coefficient d'adhérence des roues sur le rail ou par suite de la décharge momentanée des essieux.
Le patinage d'un train de roues est un phénomène nui- sible qui tend à s'amplifier dès qu'il est amorcé. Lorsqu'un train de roues a commencé à patiner, sa vitesse de glissement par rap- port au rail croît. En effet, d'une part l'effort de patinage est trèsinférieur à l'effort d'adhérence; d'autre part l'effort de flottement des sabots sur les bandages augmente quand la vitesse de frottement des sabots diminue. Il s'ensuit que sans modifica- tion de l'effort de serrage des sabots, la vitesse de glissement
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du train de roues eur le rail croît jusqu'à enrayer compléteme ce train de roues.
Le patinage diminue l'effort de freinage développe par le train de roues; cet effort tombe à une faible fraction de l'effort développe sans patinage du train de roues. Le glissement d.s roues sur le rail présente encore l'inconvénient de provoquer un plat dans le bandage.
L'invention qui fait l'objet de ce brevet concerne un dispositif permettant de signaler et d'arrêter le plus tôt possi- ble le patinage d'un train de roues pendant une manoeuvre de freinage. Ce dispositif permet par conséquent de frener le véhi- cule avec un efforttrés voisin de l'effort d'adhérence sans s'ex- poser aux inconvénients de l'enrayage d'un train de roues.
De plus sa sensibilité et sa rapidité d'action réduisent au minimum la durée et l'importance du patinage d'un train de roues et par suite diminuant beaucoup la perte de freinage qui en résulte, suivant l'invention chaque train de roues commande une génératrice électrique de très faible puissance, dite génératrice pilote. Les génératrices ainsi commandées sontconnectées en série en deux circuits égaux. Elles agissent sur un relais commun sui- vant les schémas décrits ci-après, en regard des dessins ci-annexés.
La fig1 représenteun exemple de réalisation de l'inven- tion appliquée à un véhicule possédant quatre trains de roues.
Chaque train de roues entraîne, par un organe approprié, une petite génératrice pilote à une vitesse proportionnelle à celle du train d roues. Les génératrices ainsi entraînées possèdent une excitation séparée constante b1, b2 b3, b4; le courant d'excitation est four- ni par une source auxiliaire quelconque. Les induits a1 et a2- a3 et a4 de ces génératrices, correspondant par exemple aux deux trains de roues de deux bogies, sont connectés deux à deux en série.
On obtient ainsi deux circuits de génératrices AB et CD que l'on branche en opposition. Les extrémités A et C de ces circuits sont connectés ensemble tandis qu'entre les extrémités B et D est pla- cée la bobine d'excitation d'un relais de patinage s.
Lorsque tous les trains de roues roulent sur le rail,
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les tensions induites dans les induits a1 a2 a3 a4 sont égales.
Les tensions totales des deux circuits AB et'OD étant égales, la différence de tension aux bornes du relais s est nulle. Lorsqu'un des trains de roues glisse, il en résulte une diminution de la vi- tesse de rotation de l'induit de la génératrice correspondante qui provoque une diminution de la tension induite dans cette généra- trice. Dès lors les tensions induites dans les deux circuits AB et CD n'étant plus égales, il apparaît'une tension aux bornes de la bobine d'excitation du relais s qui produit l'enclenchement de ce relai s.
L'enclenchement du relais s peut être utilisé de diverses manières. Par exemple, il ferme un circuit avertissant le conduc- teur qu'il doit sabler eu interrompre momentanément le freinage, ou il commande automatiquement, à l'aide d'un apparéil tel qu'une électro-valve, soit le sablage du rail, soitle desserrage partiel ou total des freins. Le sablage du rail. et la diminution de l'ef- fort de freinage permettent à l'effort de glissement du train de roues en patinage de devenir prépondérant et de ramener ce train de roues à la vitesse de roulement: Dès ce moment les ten- sions' induites dans les circuits AB et CD redeviennent égales, le relais de patinage s déclenche et les conditions initiales du frei- nage sont rétablies.
La grande sensibilité du nouveau dispositif permet de réduire au minimum .la période pendant laquelle le freinage du véhi- cule est diminué. L'étude du fonctionnement montre que le relais de patinage enclenche lorsque la vitesse de glissement d'un train de roues sur le rail dépasse une valeur constante et ceci dans toute la gamme de vitesses du véhicule.
Ce dispositif présente l'avantage de soustraire la bobine du relais et les induits des génératrices à tout courant aussi longtemps que le freinage s'effectue sans patinage d'un train de roues. Il est donc possible de réaliser un dispositif peu encombrant et sensible sans être limité dans la construction de la bobine du relais et des induits de la génératrice par des consi- dérations d'échauffement.
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Les inducteurs b1 b2 b, b4 des génératrices pilles peuvent être ali entés par exemple par la génératrice qui, pendant 1@ roci @ @ la batterie d'éclairage. Cette machine présente uiqacne pendant la marche du véhicule, une ten- sion à ses bornes maintenue constelle au moyen d'un régulateur automatique
On paît encore exciter les inducteurs bg1 b2, b3 b4 par la batterie d'éclairage qui alimente leurs circuits au moyen d'un contacteur fermé lorsque les freins sont serrés.
En pratique, les tensions induites dans les deux cir- cuits AB et CD des génératrices pilotes peuvent être légèrement différentes lorsqu'aucun train de roues ne patine. Cette différence peut provenir, par exemple, d'une différence entre les caractéristi- ques électriques des génératrices ou les diamètres des roues. Dans ce cas, il faudrait réduire la sensibilité du relais de patinage s afin de ne pas permettre son enclenchement pour la différence de tension obtenue aux bornes de sa bobine lorsque le véhicule roule à sa vitesse maximum, aucun des trains de roues ne patinant.
Pour éviter cet inconvénient on a prévu un réglage de l'excitation de chacun des deux groupes de génératrices pilotes, de telle sorte que la tension aux bornes de la bobine du relais de patinage s soit sensiblement nullelorsque le véhicule circule à sa vitesse maximum aucun des trains de roues ne patinant. La fig.1 montre un exemple de réalisation de ce réglage. Le circuit d'exci- tation d'un des groupes de génératrices est alimenté au moyen d'une prise réglable sur une résistance r. Un commutateur i permet d'introduire la résistance r dans le circuit d'excitation de l'un ou l'autre des deux groupes.
La fig 2 représente un autre exemple de réalisation de l'invention appliquée à un véhicule possédant quatre trains de roues. Les induits a1 et a2- a3 et a4 des génératrices pilotes entraînées par chacun ces trains de roues, sont encore connectés deux à deux en série. Les deux circuits de génératrices AB et CD sont branchés en opposition : les extrémités A et C sont connec-
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tées ensemble, tandis lu !entre extrémités est tées ensemble, tandis qu'entre les extrémités B et D est branchée
1a bobine dtexcitation du relais de patinage s.
La différence entre les schémas de la fige 1 et de la fige 2 réside dans le mode d'excitation des génératrices pilotes.
Dans le schéma de la fige 2 les inducteurs bi et b2 - b3 et b4 sont alimentés en shunt aux bornes des circuits AB et CD
Le dispositif fonctionne de la manière décrite ci-dessus en regard de la fig. 1 Lorsque tous les trains de roues roulent sur le rail, les tensions induites dans les circuits AB et CD sont égales, la tension aux bornes de la bobine du relais de patinage s est nulle. Si un.des trains de roues glisse, la tension induite dans le circuit des génératrices correspondant à ce train de roues diminue, non seulement par suite de la diminution de vitesse de l'induit mais encore par suite de la réduction de l'excitation; il en résulte une différence de tension appliquée aux bornes de la bobine d'excitation du relais s = , qui provoque son enclenchement.
L'enclenchement du'relaissest utilisé commeprécédemmentpour signaler ou pour arrêter le patinage du train, de roues.
Ce dispositif présente, par rapport à celui de la fig, 1 l'avantage de.ne pas nécessiter une source auxiliaire. Toute- fois sa sensibilité au patinage est moins bonne. L'étude du fonc- tionnement montre que le relaisde patinage s enclenche lorsque la vitesse de glissement d'un train de roues sur le rail dépasse une certaine valeur qui croît légèrement lorsque la vitesse du véhicule diminue. En dessous d'une certaine vitesse du véhicule correspondant au désamorçage des génératrices shunts, le dispositif devient inopérant. En choisissant convenablement les caractéristiques des génératrices, la vitesse pour laquelle le dispositif ne fonctionne plus, peut être rendue inférieure à la vitesse pour laquelle le danger de patinage n'existe pratiquement plus.
Avec le dispositif représenté fige 2, il faut conserver le sens d'excitation des génératrices pilotes malgré le changement du sens de marche du véhicule. Cette condition, nécessaire à l'auto-excitation des génératrices, peut être remplie au moyen d'un commutateur permutant les bornes des inducteurs b1 et b2 - b3 et b4
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ou d'org@nes déplaçant les balais sur le collecteur à chadue change ment du sens de marche du véhicule.
Afin de réaliser un dispositif très sensible au patinage malgré les différences entre les caractéristiques électrioues des génératrices ou les diamètres des roues, il faut pouvoir régler les excitations des deux groupes de génératrices de telle sorte que la tension aux bornes du relais de patinage s soit sensiblement nulle lorsque le véhicule circule à la vitesse maximum aucun des trains de roues ne patinant, A titre d'exemple, ce réglage peut être réalisé au moyen d'une résistance r munie de prises et con- nectée comme représenté sur la fig 2.
La fige 3 représente un exemple de réalisation de l'in- vention utilisant des génératrices pilotes à excitation série.
Les induite a1 et a2 -a3 et a4 des génératrices entraînées par chacun des trains de roues sont connectés deux à deux en,série et croisés avec les inducteurs b1 et b2- b3 et b4 également connectes doux à deux en série. Chaque groupe de génératrices est encore connecté en série avec une résistance de même valeur ri ou r2 Enfin le circui t se ferme au moyen d'un conducteur AB réunissant le point A commun aux deux circuits de génératrices avec le point B commun aux deux résistances ri et r2, On obtient ainsi deux cir- cuits égaux constitués chacun par déux génératrices connectées en série et débitant dans une résistance de même valeur.
Les bornes aval des deux résistances r1 et r2 sont réunies par une connexion équipotentielle réalisée par le conducteur AB commun aux deux cir- cui t s. La bobine d'excitation du relais de patinage s est branchée entreles bornes amont C etD des résistances r1 et r.
Lorsque tous les trains de roues roulent sur le rail, les tensions induites dans les quatre génératrices pilotes sont égales, et par conséquent les courants débités dans les résistances r1 etr2 sont égaux. Il s'ensuit que la différence de tension ap- pliquée aux bornes de 1a bobine d'excitation du relais s est nulle.
Si un train de roues glisse, il provoque une diminution de la ten- sion induite dans 1a génératrice correspondante, il en résulte une différence entre les courants circulant dans les résistances r1et r2 et une tension appliquée aux bornes de la bobine du relais s qui est égale à 1a différence des chutes ohmiquesdans les résistan- ces ri et r2.Cette tension provoque l'enclenchement du relais squi est utilisé comme il a été expliqué plus haut pour signaler ou pour
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supprimer le patinage des trains de roues.
Ce dispositif permet d'utiliser des génératrices série avec inducteurs à gros fils, plus robustes et plus faciles à cons- truire.
L'étude du fonctionnement montre que le relais de pati- nage s enclenche lorsque la vitesse de glissement d'un train de roues sur le rail dépasse une certaine valeur qui croît légère- ment lorsque la vitesse du véhicule diminue. En dessous d'une certaine vitesse un peu supérieure à celle correspondant au dé- samorçage des génératrices série le dispositif devient inopérant.
En proportionnant convenablement les caractéristiques des généra- trices et la valeur des résistances, cette vitesse peut être ren- due inférieure à la vitesse du véhicule pour laquelle le danger de patinage n'existe plus.
,Afin d'éviter la dissipation d'énergie dans les résis- tances ri et r2 en dehors des périodes de freinage, on peutdis- poser dans le circuit AB un contacteur t qui se ferme lorsque les freins sont serrés. Ce contacteur peut être commandé, par exemple, par la pression de l'air dans la conduite de frein.
Pour obtenir un dispositif très sensible au patinage, ,il faut pouvoir corriger les effets dus aux différences entre les caractéristiques électriques des génératrices ou aux diffé- rences entre les diamètres des roues. Dans ce but on peut utili- ser, par exemple, une prise p d'alimentation de la bobine d'ex- citation du relais s susceptible d'être déplacée sur la résis- tance r2, La position de cette prise est choisie de telle sorte que la tension aux bornes de la bobine d'excitation du relais s soit sensiblement nulle lorsque le véhicule, circule à la vitesse maximum, aucun des trains de roues ne patinant. Le com- mutateur 1 permet d'introduire la résistance r2 dans le circuit des génératrices normalement le plus chargé.
La fig. 4 représente une variante du dispositif utili- sant des génératrices série; elle montre les mêmes éléments que la fig. 3, les mêmes lettres de référence désignant les mêmes appareils. Toutefois, selon la fig. 4, les inducteurs b1 et b2-
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b3 et b4 ne sont pas croises avec les induits a1 et a2 /et a4 Ils sont connectes en parallèle à la borne!.
Avant d'être connectes en série aux dits induits, ils sont réunis par une con- nexion équipotentielle EF
Le fonctionnement de cette variante et le réglage de la prised'alimentation du relaisde patinage s sont analogues à ceux du dispositif de la fige 3 nais avec l'avantage, par rapport à ce dernier, de conserver la sensibilité au patinage d'un train de roues pour une vitesse plus faible du véhicule.
La description ci-dessus se rapporte à un véhicule à quatre essieux mais l'invention peut s'appliquer à deux, six ou même u plus grand nombre d'essieux faisant partie ou non d'un même véhicule.
Les génératrices pilotes sont installées uniquement sur les trains de roues freinés. Toutefois lorsque des patinages simultanés de tous les trains de roues freinés sont à craindre, on entraînera certaines génératrices pilotes par des trains de roues non freinés.
Il est loisible, sans sortir du cadre de l'invention, d'imaginer d'autres modes d'excitations des génératrices pilotes; ainsi ces génératrices peuvent être réalisées soit sous forme de magnétos, soit sous forme de dynamos possédant une ou plusieurs excitations. De même, il est encore possible d'utiliser des dispositifs combinant les divers schémas décrits : par exemple dans la variante de la fig 3 on peut utiliser des magnétos ou des dynamos à excitation séparée ou à excitation shunt.