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Dispositif de commande de frein à air comprimé
On connaît déjà beaucoup de formes d'exécution de dispositifs de commande pour l'actionnement de freins à air comprimé, qui comportent comme organes de réglage un ou plusieurs tiroirs soumis aux actions des pressions régnant dans différentes conduites. De tels tiroirs nécessitent des dispositifs de commande compliqués, dont la réalisation est coûteuse.
L'objet de la présente invention est un dispositif de commande pour frein à air comprimé, qui satisfait à toutes les exigences des prescriptions internationales.
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L'invention permet la construction d'un dispositif de commande plus simple à entretenir et à surveiller que les dispositifs de commande actuellement connus.
Le dispositif de commande selon l'invention, à l'instar des dispositifs construits par Westinghouse, Enorr, Trollshammer, Breda, satisfait à toutes les exigences des prescriptions internationales, à savoir : a) Que le serrage des freins soit une fonction'de la perte de pression créée dans la conduite principale;
le serrage des freins, dans le cas de trains de marchandises, étant toutefois réglé de manière qu'à partir d'une certaine valeur de freinage, l'accroissement du freinage ne s'effectue que lentement. b) Que des dispositifs de sécurité soient prévus, évitant un serrage intempestif des freins lors d'une perte de pression admissible dans la conduite principale, due à de petites pertes provoquées par une étanchéité imparfaite. c) Que le dispositif de commande soit commandé par la différence entre les pressions régnant dans la conduite principale et dans un réservoir de commande.
Ce dispositif de commande se distingue des dispositifs connus par le fait qu'il se compose exclusivement d'une combinaison d'unités de soupapes communiquant entre elles et dont trois,soit une unité de soupape de compensation, une unité de soupape d'accélération et une unité de soupape de réglage représentent les unités de commande proprement dites.
Ce
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dispositif se distingue de ceux de ce genre connus jusqu'à ce jour par le fait que l'unité de soupape de réglage comporte quatre chambres séparées les unes des autres de manière étanche à l'air par des membranes élastiques qui sont reliées à un corps de soupape présentant un perçage axial, ce corps de soupape ouvrant une soupape d'entrée vers le cylindre de freins, lors d'un abaissement de la pression dans la conduite principale et laissant échapper l'air comprimé par son perçage lors du desserrage des freins.
Le dessin annexé montre, schématiquement et à titre d'exemple seulement, une forme d'exécution du dispositif, vue en coupe.
Le dispositif de commande comporte quatre unités de soupapes AV, B, RV et M.
Chaque unité de soupape comporte plusieurs chambres qui sont séparées les unes des autres de manière étanche à l'air par des membranes élastiques 1, chaque membrane permettant les déplacements axiaux d'un corps de soupape. Les déplacements de ce corps de soupape sont commandés par une différence entre les pressions régnant dans les chambres superposées et provoquent la fermeture ou l'ouverture des différentes soupapes.
La construction et la disposition spéciale de chacune des quatre unités de soupapes sont décrites ci-après séparément.
L'air comprimé venant de la conduite principale H est amené au réservoir d'air comprimé L (désigné dans la description qui suit par réservoir d'air, pour plus de simplicité) par la
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conduite h, le canal 25, les chambres 9 et 10, une soupape de retenue 26, la conduite e, le robinet de commande U (coupe I), l'ouverture calibrée 29, les conduites f et m, ainsi que par la chambre 9, la rainure 30, la chambre 8, le perçage 55, le canal 48 et la conduite m. L'air comprimé peut aussi simultanément pénétrer dans le réservoir de commande S par la chambre 9, les perçages 27, 28; la chambre 7 et la conduite s.
Etant donné que le remplissage en air comprimé du réservoir L doit être plus lent pour un train de marchandises que pour un train de voyageurs ou pour un train direct, on a prévu dans le robinet de commande U, une ouverture calibrée 29, grâce à laquelle le temps de remplissage est déterminé.
L'unité de soupape de compensation AV, comporte quatre chambres superposées 9, 8, 7 et 6. Les chambres 8 et 7, de même que les chambres 7 et 6 sont séparées les unes des autres par des membranes 1. Les chambres 9 et 8 sont en communication l'une avec l'autre par une rainure 30. Ainsi que cela a déjà été dit, la chambre 9 est reliée à la conduite principale H par le canal 25. Le corps de soupape 2 qui est mobile axialement, établit la liaison entre la conduite principale H et le réservoir de commande S par le perçage 27. La. chambre 6 est reliée directement à la conduite principale H par la conduite h et les canaux 25 et 31.
Le corps de soupape 2 comporte encore une surface d'appui coopérant avec un siège 32, cette surface provoquant l'interruption de la communication entre les chambres 8 et 9 lorsque le corps de soupape 2 est en position élevée. En regard de la partie supérieure du corps de soupape 2 est disposée une tête
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de soupape 33 supportée élastiquementqui ferme le perçage 27 reliant les chambres 9 et 7, lorsque le corps 2 se trouve en position élevée. Dans la chambre 3, le corps de soupape 2 est soumis à l'action d'un ressort 2', agissant sur lui de haut en bas qui tend à le maintenir dans la position représentée.
La chambre 6 reliée à la conduite principale H a été prévue, en vue de renforcer la pression vers le haut dans la chambre 7.
L'unité de soupape d'accélération B comporte un corps
3 solidaire d'une des extrémités de deux tubes 34 et 35 à parois déformables, dont l'autre extrémité est solidaire de l'enveloppe contenant le corps 3. Les deux tubes 34 et 35 ferment de manière étanche les deux chambres 12 et 13, tout en permettant les d épla- cements axiaux du corps 3. Les deux chambres sont séparées l'une de l'autre par une membrane élastique 1. Le corps 3 comporte un perçage axial 36 débouchant dans sa partie inférieure, à l'air libre. En regard de l'extrémité supérieure de ce perçage
36 est disposée une tête 37 de soupape supportée élastiquement, par laquelle, en position élevée du corps 3, ce perçage, qui relie une chambre d'expension 14 à l'air libre, est fermé.
La tête de soupape 37 est solidaire d'une seconde tête de soupape
38 qui lui est superposée. Cette tête de soupape est appuyée sur son siège par un ressort 39, de sorte que la chambre 15 est ainsi séparée de la chambre d'expansion 14.
Une unité de soupape de réglage RV comporte six chambres superposées 21, 20, 19, 18, 17, 16 et un corps de soupape 4
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porté par quatre membranes 1. Ce dernier comporte un perçage axial 40 qui relie la chambre 20, par la chambre 16, la conduite c, le robinet de commande (coupe II), l'ouverture calibrée 41 avec l'air libre. L'ouverture 41 permet de régler le temps de vidange lors du desserrage des freins d'un train de marchandise, afin d'éviter des a-coups.
Les chambres 18 et 13 sont reliées l'une à l'autre par un canal 42 et à la conduite principale H par la conduite h.
Les chambres 17, 12 et 7 sont reliées e.ntre-elles par des canaux 43, 44 et au réservoir de commande S par la conduite s.
Si le corps de soupape 4 est déplacé vers le haut par les pressions existant dans les chambres 17 et 18, l'ouverture supérieure du perçage 40 est en premier lieu fermée par une tête de soupape 45 supportée elastiquement. Si ensuite cette dernière continue à être déplacée, contre l'action d'un ressort 46, elle soulève une autre tête de soupape 47 dont elle est solidaire, ce qui établit la communication entre les chambres 20 et 21.
Par le mouvement vers le haut de la soupape 45 la communication est établie entre le réservoir d'air L et le cylindre de freins BZ par la rainure 52 , le canal 53, les chambres 22, 23 et la conduite b, de même que par la chambre 20, la conduite d, le robinet de commande U (coupe II), l'ouverture calibrée 54 et la conduite a.
L'unité de soupape de pression minima M comporte trois chambres 22, 23 et 24. La chambre 23 est séparée de la chambre 24 par une membrane 1 et cette dernière chambre est
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en communication avec l'atmosphère. Dans la position de repos, un ressort 49 déplace le corps de soupape 5 vers le bas, de sorte que la tête de soupape 50 supportée élastiquement est soulevée de son siège 51. Le ressort 49 est dimensionné de telle manière, que son action est surmontée lorsque la pression monte au-dessus de par exemple 0,8 atm. dans les chambres 22, 23 et dans le cylindre de freins BZ. Par le choix du ressort, cette valeur peut être déterminée a volonté.
Si la pression augmente encore, le corps de soupape 5 se déplace vers le haut, la tête de soupape 50 vient reposer sur son siège 51 et ferme ainsi la communication entre les chambres 22 et 23. A partir de ce moment l'air comprimé ne peut passer de la chambre 20 dans le cylindre de freins BZ que par la conduite d, le robinet de commande U (coupe II), l'ouverture calibrée 54 et la conduite!. Au moyen de l'ouverture calibrée 54 on peut régler ie temps de remplissage du cylindre de freins BZ.
Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant: I. Remplissage des deux réservoirs d'air comprimés li et S.
Si la conduite principale H est mise sous pression, par-exemple de 5 kg/cm2 (pression normale), les chambres 10, 9, 8, 13 et 18 le sont également, de sorte que les corps de soupapes 2, 3, 4 sont déplacés vers le bas.
Par la pression dans les chambres 9 et 10 la soupape 26 s'ouvre et de l'air comprimé peut pénétrer dans le réservoir d'air L par la oonduite e, le robinet de commande U (coupe I), l'ouverture calibrée 29 et les conduites f et m. En même temps
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de l'air comprimé pénètre dans le réservoir de commande S par les perçages 27, 28 et la conduite s.
Les réservoirs L et S peuvent donc être remplis. Si la pression à leur intérieur monte à 5 kg/cm2, il règne dans les chambres 7, 12 et 17 qui sont en communication avec eux, la même pression que dans les chambres 8, 13 et 18 qui sont reliées à la conduite principale H.
Lorsque la pression dans le réservoir L est montée à 4,95 atm., la soupape de retenue 26 se ferme sous l'action de son ressort et interrompt la communication du réservoir L avec la conduite principale. Les corps de soupape 2, 3 et 4 des trois unités de commande c'est à dire de l'unité de soupape de compensation AV, de l'unité de soupape d'accélération B et de l'unité de soupape de réglage RY par contre restent immobiles dans la position représentée au dessin, car la même pression existe des deux côtés des membranes 1.
Les perçages calibrés 28 et 55 sont dimensionnés de telle manière, que seule une quantité limitée d'air peut s'écouler dans une unité de temps des réservoirs L et S vers le conduite principale H, pour compenser dans cette dernière les petites pertes de pression provenant du manque d'étanchéité.
II. Actionnement des freins.
Si on abaisse la pression dans la conduite principale H, il se produit également une diminution de la pression dans les chambres 7, 8, 13 et 18. La pression plus forte dans la chambre 7 provoque le soulèvement du corps de soupape 2. En premier
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lieu son perçage 27 est fermé par la tête de soupape 33. Ensuite le corps de soupape vient en contact avec le siège 32, ce qui provoque l'interruption de la communication entre les chambres 9 et 8. Ce mouvement provoque également, en raison de la disposition décrite ci-dessus, l'interruption de la communication entre la conduite principale H et les réservoirs ± et S.
En. raison de la diminution de la pression dans les chambres 13 et 18 et du maintien de la pression constante dans les chambres 12 et 17, les deux corps de soupapes 3 et 4 sont déplacés vers le haut. Ce déplacement du corps de soupape 2. provoque en premier lieu la fermeture du perçage 36 communiquant avec l'extérieur, par la tête de soupape 37. La continuation du mouvement du corps de soupape 5 vers le haut provoque le soulèvement de la tête de soupape 38 de son siège, de sorte que de l'air sous pression peut pénétrer de la conduite principale H dans la chambre d'expansion 14, ce qui provoque un abaissement de la pression dans cette conduite.
Cette détente provoque une accélération de la transmission de la diminution de pression d'un wagon à l'autre. La grandeur de cette accélération dépend de la grandeur de la chambre d'expansion 14 et celle-ci peut être dimensionnée conformément à l'accélération désirée.
Par suite de la diminution de pression dans la chambre 18 de l'unité de soupape de réglage RV, le corps de soupape 4 se déplace vers le haut. En premier lieu, le perçage 40 communiquant avec l'extérieur, est fermé par la tête de soupape 45.
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Le déplacement du corps 4 continuant, la tête de soupape 47 est soulevée de son siège et de l'air sous pression peut pénétrer du réservoir L dans le cylindre de freins BZ, par les chambres 21, 20, la rainure 52, le canal 53, les chambres 22, 23, la con- duite b, de même que par la chambre 20, la conduite d le robinet de commande U (coupe II), l'ouverture calibrée 54 et la conduite a. Si la pression augmente dans le cylindre de freins, elle augmente aussi dans la chambre 19 et provoquera conjoiritement avec la pression régnant dans la chambre 18 et l'action du res- sort 46 le déplacement du corps 4 vers le bas, contre l'action de la pression régnant dans la chambre 17. Par ce mouvement, la soupape 47 est fermée, ce qui provoque l'interruption de l'arrivée d'air sous pression au cylindre de freins.
Quoique l'action du ressort 46 sur le corps de soupape 4. cesse à ce moment, ce dernier reste en contact avec la tête de soupape 45, de sorte que la communication de la chambre 20 avec l'atmosphère, par le canal o reste interrompue.
Dès que la pression dans le cylindre de freins BZ et par conséquent aussi dans la chambre 23 est montée à environ 0,8 atm., la pression du ressort 49 est surmontée. Le corps 5 se déplace vers le haut et la tête de scupape 50 ferme la communication entre les chambres 22 et 23. ne
A partir de ce moment l'air sous pression peut arriver au cylindre de freins BZ que par le canal d, l'ouverture calibrée 54 et la conduite a. Le perçage de l'ouverture 54 est choisi de telle manière, que l'augmentation de la pression dans le
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cylindre de freins ne peut avoir lieu que lentement et suivant les prescriptions internationales pour les freins de trains de marchandises.
Si l'on abaisse encore davantage la pression dans la con duite principale H, celle dans le cylindre de freins BZ augmente de manière correspondante à la diminution et le corps de soupape 2 de l'unité de soupape de compensation AV ne change pas de position de même que le corps de soupape 3 de l'unité de soupape d'accélération B
Si la pression dans la conduite principale E est augmentée, la somme des pressions dans les chambres 19 et 18 de l'unité de soupape de réglage RV devient plus grande que la pression dans la chambre 17, de sorte que le corps de saupape 4 est déplacé vers le bas.
Ce mouvement l'éloigne de la tête de soupape 45 et de l'air sous pression du cylindre de freins BZ peut s'échapper vers l'extérieur par le canal a, l'ouverture calibrée 54, la conduite d, la chambre 20, le perçage 40, la chambre 16, la conduite c, le robinet de commande U (coupe II) et l'ouverture calibrée 41. Dès que la pression dans les chambres 19 et 18 devient plus faible que dans la chambre 17, le corps 4 se déplace vers le haut et provoque de nouveau la fermeture de l'ouverture de sortie de l'air vers l'extérieur. Par une élévation fractionnée de la pression dans la conduite, le frein peut être desserré graduellement.
Si la pression dans la conduite principale H est portée par exemple à 4,8 kg/cm2, le corps de soupape 2 de l'unité de
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soupape de compensation AV se déplace vers le bas, de sorte que le siège de soupape 56 s'éloigne de la tête de soupape 33 et que le corps de soupape 2 est soulevé de son siège 32. Dans cette position, la conduite principale H et les deux réservoirs L et S sont de nouveau reliés entre-eux. Il se produit un équilibrage de pression, entre H, L et S, de sorte que le frein est desserré complètement. Le corps de soupape 3 retourne aussi dans la position représentée, de sorte que l'air ayant pénétré dans la chambre 14 peut s'échapper vers l'extérieur. Les deux chambres 14 et 20 sont donc de nouveau reliées à l'atmosphère.
Pour obtenir, pour les trains de voyageurs et les trains directs des temps de remplissage et de vidange plus courts, on choisit les ouvertures calibrées 54,41 et 29 de dimensions suffisamment grandes.
Ainsi que cela ressort de la description qui précède, ce dispositif de commande répond à toutes les prescriptions internationales pour freins à air comprimé, mais présente, par rapport aux dispositifs connus, des avantages sensibles.
A chaque unité de soupape est attribuée sa tâche spéciale, de sorte que le fonctionnement du tout est facilement contrôlable et de surveillance aisée. Lorsque les quatre unités de soupapes, contrairement au dessin schématique ci-joint, sont constituées chacune par un corps séparé, ces corps étant reliés entre-eux par des conduites, chaque unité peut être examinée séparément et indépendamment des autres, sans qu'il soit nécessaire de démonter le dispositif de commande.
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Naturellement que la disposition d'un dispositif de commande conforme à l'invention peut différer de celle représentée schématiquement au dessin et décrite ci-dessus. On peut par exemple disposer dans l'espace les unités de soupape de façon différente et prévoir la construction de chacune de celles-ci et leur disposition les unes par rapport aux autres suivant d'autres points de vues que celui adopté pour la forme d'exécution représentée.
Les membranes élastiques et étanches peuvent par exemple être prévues en tissu armé, en caoutchouc ou être constituées par une feuille métallique de faible épaisseur.
III. Insensibilité respectivement sensibilité du dispositif.
Les prescriptions internationales pour les freins de trains de marchandises prescrivent que lors d'une diminution de la pression dans la conduite principale, de 0,3 kg/om dans l'espace d'une minute, le frein ne doit pas fonctionner. L'ouver- ture calibrée 28 du corps de soupape 2 doit donc être dimensionnée de telle manière que lors d'une perte semblable de pression, une compensation puisse se faire par cette ouverture entre les chambres 7, 12 et 17 d'une part et les chambres 8, 13 et 18 d'autre part, sans qu'un freinage ait lieu.
Les prescriptions internationales pour les trains de marchandises prescrivent d'autre part que le frein doit'fonctionner lorsque la pression dans la conduite principale diminue de 0,6 kg/cm 2 en 6 secondes. L'ouverture 28 doit en conséquence être dimensionnée de manière à ne plus laisser dans ce cas, passer suffisamment d'air provenant du réservoir de commande S.
Il s'en suit que la pression diminue plus rapidement dans la chambre 8 que dans la chambre 7, ce qui entraîne un déplacement
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vers le haut du corps de soupape 2, de sorte que le freinage est déclanché comme décrit ci-dessus.
IV Insensibilité du dispositif en ce qui concerne les coups de remplissage.
Pour permettre d'accélérer le desserage des freins et le remplissage des réservoirs d'air comprimé, le conducteur de la locomotive envoie souvent dans la conduite principale des "coups de remplissage" à une pression de b atm. Ces coups de remplissage surtout lorsqu'ils durent un certain temps, provoquent une charge du réservoir de commande à plus de 5 atm., de sorte que lors des freinages suivants, les freins ne peuvent plus être desserrés avec une pression de 5 atm. dans la conduite principale.
Cet inconvénient peut être éliminé par le fait que l'unité de soupape de compensation AV qui etablit la communication entre la conduite principale H, le réservoir de commande S et le réservoir d'air L. n'établit cette communication, lors du desserrage des freins, indépendamment des coups de remplissage, que lorsque le réservoir d'air comprimé L est rempli à au moins aproximativement 4,8 atm. Ceci estobtenu grâce à une disposition et conformation du corps de soupape 2 telle, que les forces agissant sur l'une de ses faces et constituées par l'action du ressort, la pression dans le réservoir d'air et le coup de remplissage, ne puissent devenir plus grandes que la pression du réservoir de com.ande S, qu' à une pression d'au moins aproximativement 4,8 atm. dans le réservoir L.
Pendant le freinage, la pression baisse dans le réservoir d'air 1 et comme la chambre est reliée a lui directement
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par le canal 48 et la conduite m il règne dans cette chambre la même pression que dans le réservoir L.
Les forces suivantes agissent alors sur le corps de soupape 2: de bas en haut :la pression dans la chambre 7 = A, " : la différence des pressions en- . tre les chambres 6 et 7 = B de haut en bas :la pression dans la chambre 8 = c " : le ressort 2' = D " : la pression dans la chambre 9 = E
Lors d'une freinage à bloc, la pression dans la con- duite principale H baisse à 3 ou 3,5 atm. et celle dans le ré- servoir d'air 1 à environ 3,9 atm. Pendant le freinage, la somme de C + D + E est sensiblement inférieure à la valeur de A + B.
Si pour desserrer les freins, la pression dans la conduite principale H est augmentée, la pression dans la chambre 9 augmente en premier lieu. Si cette pression dans la conduite .principale H devient plus grande que 5,9 atm. , la soupape de retenue 26 s'ouvre et laisse passer de l'air sous pression dans le réservoir d'air comprimé L par les conduites e, f, m et l'ouverture calibrée 29.
Le réservoir L est aussi en communication avec la cham- bre 8 par le canal 48 et l'ouverture calibrée 55, de sorte qu'il règne dans cette chambre toujours la même pression que dans le réservoir L.
Si le conducteur de la locomotive emploie des coups de remplissage de 6 atm. pour desserrer rapidement les freins
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et remplir le réservoir d'air L, il régnera simultanément une pression de 6 atm. dans les chambres 9 et 6. Comme toutefois la surface du corps de soupape 2 dans la chambre 2. est; petite par rapport à celle dans la chambre 7. et comme la pression de 6 atm. agit dans la chambre 9, cette force accrue ne suffira pas encore pour déplacer vers le bas le corps de soupape 2, car la différen- ce de pression entre les chambres 7 et 8 d'une part et les cham- bres 6 et 7 d'autre part, agissant de bas en haut est encore plus grande que la force E à 6 atm.
La surface du corps 2 dans la chambre 9 est dimensionnée de telle manière que lors d'un "coup de remplissage" de 6 atm., l'équilibre des forces A + B d'une part et C + D + E d'autre part ne s'établit que lorsque la pression dans la chambre 8 et donc aussi dans le reservoir d'air L est montée à environ 4,8 atm.
Si cette pression est légèrement dépassée, le corps de soupape 2 se déplace vers le bas et établit la communication entre la conduite principale , -Le réservoir de commande S et le réservoir d'air L, ce qui provoque le desserrage des freins.
Les "coups de remplissage" de 6 a tm. ne peuvent donc pas surcharger le réservoir de commande S, tant que la pression dans le réservoir L n'est pas montée au-dessus de 4,8 atm., c'est à dire jusqu'a ce que le réservoir d'air L soit à peu près rempli.