<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention concerne un ensemble moteur perfectionné de lo- comotive.
L'invention se propose de fournir un ensemble moteur de locomotive qui est capable de fonctionner continuellement dans une gamme de vitesses très étendue.
Suivant l'invention, on atteint ce but à l'aide d'un ensemble moteur comprenant au moins deux moteurs, chaque moteur étant relié par l'intermédiaire d'un convertisseur de couple à un agencement d'engrenage différentiel, la sortie de ce dernier étant reliée directement ou indirectement à une ou des roues d' entraînement de la locomotive, un dispositif étant prévu pour empêcher une rota- tion en sens inverse de l'élément de sortie de chaque convertisseur de couple lorsque le moteur associé à ce convertisseur de couple est au repos.
Ledit dispositif par exemple peut être un embrayage unidirectionnel qui pourrait être disposé entre le convertisseur de couple et l'agencement d' engrenage différentiel. Selon une variante, le dispositif peut être constitué par un dispositif de freinage qui pourrait maintenir immobile l'élément de sortie du convertisseur de couple ou l'un des engrenages de l'agencement d'engrenage différentiel.
Le convertisseur de couple peut-être du type hydrodynamique ou du type hydrostatique muni d'un régulateur.
Si on le désire, l'élément de sortie de l'agencement d'engrenage différentiel peut être relié par l'intermédiaire d'un engrenage de marche arriè- re aux roues d'entraînement. On peut prévoir une botte de vitesse supplémentaire pour obtenir par exemple deux rapports de vitesses.
Par agencement d'engrenage différentiel on entend un train d'engrena- ge par lequel le couple de deux éléments de commande est équilibré et transmis à un seul élément mené. Il peut consister en un engrenage droit ou en un engre- nage conique.
L'engrenage de marche arrière, s'il existe, peut être actionné par embrayage ou il peut s'agir d'un simple engrenage conique de marche arrière.
Selon une variante, on peut avoir recours à un engrenage droit de marche arrière.
Un ensemble moteur de locomotive suivant l'invention est particuliè- rement utile pour des machines de manoeuvre qui doivent fonctionner continuelle- ment' à des vitesses comprises dans une gamme qui peut être comprise entre 0,8 et 32 km par heure.
A l'extrémité de faible vitesse de la gamme, la puissance nécessaire est très faible et, dans un agencement à deux moteurs suivant l'invention, la puissance peut être facilement fournie de façon économique par un moteur. En ayant recours à un moteur seulement et à son convertisseur de couple associé, le moteur tourne à une vitesse plus élevée et sous une charge plus élevée que si l'on avait recours aux deux moteurs. A cette vitesse plus élevée, l'efficaci- té du moteur et du convertisseur de couple est meilleure qu'à des vitesses de moteur très faibles.
La consommation en carburant du moteur est inférieure et, par consé- quent, l'utilisation d'un moteur muni d'un convertisseur de couple est plus effi- cace et économique, aux faibles vitesses, que l'utilisation. des deux moteurs.
De même, en ayant recours à un convertisseur de couple, associé à chaque moteur, on peut avoir recours à l'un ou l'autre moteur seul pour une ma- noeuvre à faible vitesse.
Si l'on a recours à une vitesse supérieure ou à une botte de vitesse fournissant deux rapports de vitesse, l'ensemble moteur peut être utilisé avanta-
<Desc/Clms Page number 2>
geusement dans une locomotive de petite dimension pour trains de marchandises,
Les avantages de l'application d'un agencement d'engrenage diffé- rentiel pour combiner les deux moteurs sont les suivants ;
EMI2.1
1. Le fait de travailler à l'aide d'un seul moteur fournit automati- quement une réduction de vitesse de 2 à 1 entre l'entrée d'énergie et la command finale. La manoeuvre sur dos d'âne peut être effectuée à l'aide d'un moteur seu- lement en diminuant de moitié l'usure de moteurs, et en réduisant la consommatio de carburant tout en augmentant l'efficacité de transmission aux faibles vitesse sur rails.
2. Aucun mécanisme de changement de vitesse n'est nécessaire, et la commande est effectuée par le "régulateur" seulement.
3. On peut ajouter ou enlever les moteurs sans altérer le couple en mettant en marche ou en arrêtant simplement un moteur.
4. Le couple maximum pour la commande finale avec un moteur en fonc- tionnement est le même que le couple maximum lorsque les deux moteurs sont re- liés l'un à l'autre par engrenage.
EMI2.2
5. Lorsque les deux moteurs fonctionnent, le couple exercé par les deux moteurs doit être toujours égal, en évitant ainsi la possibilité qu'un mo- teur fasse la tonalité ou la plus grande partie du travail en raison de la différence de la régulation.
Sur les dessins annexés : La figure 1 représente très schématiquement une forme de réalisation de l'invention; la figure 2 est une coupe verticale suivant la ligne 2-2 de.la fi- gure 1; la figure 3 représente schématiquement une autre forme de réalisatio de l'invention; la figure 4 est une coupe en plan d'une partie de l'engrenage repré- senté sur la figure 1; la figure 5 est une vue analogue à celle de la figure 3 d'une vaxian te de transmission; la figure 6 est une vue schématique d'un engrenage de marche arrière convenant pour être utilisé dans un ensemble moteur suivant la présente inven- tion; la figure 7 est une coupe de l'engrenage de marche-arrière suivant la ligne VI-VI de la figure 6.
Sur la figure 1, on représente deux moteurs Diesel 10 et 11. L'arbre de sortie 8 du moteur Diesel 10 est relié au rotor d'un convertisseurde couple 12 et la turbine de ce dernier est reliée par l'intermédiaire d'un arbre de sortie 14 à un frein unidirectionnel 15 par l'intermédiaire duquel la commande est transmise à partir du convertisseur de couple. Le frein fonctionne pour em- pêcher l'arbre 14 d'être entraîné en marche arrière.
L'arbre de sortie du frein unidirectionnel 15 est relié à un engre- nage d'entrée 17 d'un différentiel à engrenage droit indiqué de façon générale en 18.
EMI2.3
Le différentiel à engrenage droit est représenté très schématiquement sur la figure 1, et de façon plus détaillée sur les figures 4 et 5, et consiste en un boîtier z de différentiel qui forme un premier engrenage dans le train d'engrenages de la commande final. Le boîtier 12 de différentiel porte trois paires de pignons engrenant les uns avec les autres, dont deux sont représentées
<Desc/Clms Page number 3>
sur la figure 1 en 20, 21, 22, 23, et une seulement sur les figures 4 et 5 en 22 23.
La roue dentée 17 engrène avec les pignons 21 et 22, et une roue dentée supplémentaire 24 engrène avec les pignons 20 et 23. La roue dentée 24 est entraînée par l'intermédiaire du train d'engrenages 25 26, 27 par un arbre 28 qui est relié à la sortie d'un frein unidirectionnel 16.
Le frein unidirectionnel 16 est commandé par la turbine d'un conver- tisseur de couple 13. Le rotor du convertisseur de couple 13 est entraîné par l'arbre de sortie 9 du moteur 11. Le bottier 19 d'engrenage différentiel commande un pignon 29 qui entraîne un arbre de sortie 30. Ce dernier porte un engrenage conique 31 qui vient en prise avec des engrenages coniques supplémentaires 32 et 33 portés par un arbre 34. L'un ou l'autre des engrenages coniques 32 et 33 peut venir en prise à volonté avec l'arbre 34 au moyen d'embrayages commandés hydrau- liquement et représentés schématiquement en 35, 36.
L'arbre de sortie 34 commande une roue d'entraînement 37 de la loco- motive par l'intermédiaire d'une paire d'engrenages démultiplicateurs 38 et 39.
Le convertisseur de couple 12 a la forme représentée sur la figure 2, le convertisseur de couple 13 étant analogue. L'arbre 8 est fixé à un rotor 41 portant un aubage 42. L'arbre de sortie 14 est relié à une turbine 43 qui porte trois jeux d'aubages 43a.
Le convertisseur de couple comprend également un boîtier fixe 44 portant un aubage de réaction 45 46.
En fonctionnement, lorsque les deux moteurs fonctionnent, la commande est effectuée à partir des convertisseurs de couple 12 et 13 (figure 1) et des embrayages unidirectionnels 15 et 16 et est transmise par l'intermédiaire de 1 engrenage différentiel et de l'engrenage de marche arrière à la roue d'entraîne- ment 37 de la locomotive. Si un moteur 10 ou 11 est arrêté, le frein unidirec- tionnel 15 ou 16 empêche la commande de l'autre moteur d'être transmise en arriè- re au moteur arrêté, et une réduction de vitesse 2 :1 automatiquement fournie entre la sortie du moteur restant et la commande finale.
Le convertisseur de cou- ple fournit, en fait, une vitesse variable de façon continue de sorte qu'un cou- ple est transmis de l'un ou l'autre moteur ou des deux de façon uniforme et éco- nomique .
Chaque moteur peut être équipé d'un régulateur de vitesse 47, 48, relié mécaniquement à un seul levier 49 de régulateur dans la cabine du conduc- teur de la locomotive. Un moteur peut être mis en fonctionnement en mettant sim- plement en marche le moteur, et il fonctionne alors à la vitesse réglée par le régulateur qui commande les deux régulateurs de vitesse.
Pour travailler avec un moteur seulement, il suffit d'arrêter un mo- teur, ce qui peut être effectué sans modifier le couple transmis aux roues d'en- trainement .
Les freins ou embrayages unidirectionnels sont du type connu comme accouplement à auto-synchronisation "Legge" (voir figures 4 et 5) et chacun d'eux comprend principalement un manchon 51 qui est muni sur sa surface externe d'un certain nombre de nervures hélicoïdales 51a qui viennent en prise avec des can- nelures internes formées sur un manchon 50 Ce dernier est muni de crabots 52 et de deux rebords périphériques 50a et 50b qui supportent un certain nombre de goujons 50c sur chacun desquels est monté un cliquet 1éger 52a
Un jeu de crabots 53 est agencé autour de la périphérie interne d'un anneau 53a supporté par une pièce fixe de structure et les cliquets 52a sont agencés pour passer sur les crabots 53 lorsque, par exemple la sortie de l'arbre 9 est transmise par l'intermédiaire de l'accouplement à fluide 13 au frein uni- directionnel 16.
Dans ces conditions, l'effet des nervures 51a et des rainures
<Desc/Clms Page number 4>
internes formées sur le manchon 50 est de solliciter l'élément 50 dans la positio représentée sur les figures 4 et 5, dans laquelle il bute contre une butée for- mée dans le boîtier externe fixe.
Dans ces conditions, les cliquets 52a passent sur les crabots 53
Toutefois, lorsque la commande de l'arbre 28 est renversée, les cli- quets 52a viennent en prise avec les crabots 53 pour empêcher le manchon 50 de tourner' avec l'arbre 28; dans ces conditions, le manchon 50 descend le long des rainures dans la mesure permise par une seconde butée fixe et les crabots 52 viennent en prise avec les crabots 53
Le manchon 50 est ainsi maintenu immobile et l'engagement des nervure ±la dans les rainures internes du manchon 50 maintient l'arbre 28 immobile, et par suite empêche toute rotation supplémentaire en marche arrière.
On représente sur les figures 4 et 5 des formes de deux engrenages de vitesse .
Le porte-satellite 19 est muni d'un manchon de prolongement 54 sur lequel est fixé par cannelures une roue dentée 55 Cette dernière engrène avec la roue dentée 56 montée librement sur l'arbre 30. La roue dentée 56) lorsqu'elle est en fonctionnement, est reliée à l'arbre 30 au moyen d'un accouplement à auto- synchronisation Legge 57 et la roue dentée 29 est reliée à l'arbre 30 au moyen d'un embrayage à friction métal contre métal 58 du type déjà connu dans les trans missions de marine et de locomotive.
Le rapport de vitesse entre la roue dentée 29 et le côté externe du porte-satellite 19 est de 1:1 et entre les roues dentées 5,6 et 55 de 2 :1.
Lorsqu'on met en marche un ou les moteurs, l'embrayage 58 est dé- brayé de sorte que la roue dentée 29 est libre sur l'arbre 30. La commande à par- tir du boîtier d'engrenage 19 est ainsi transmise par l'intermédiaire des roues dentées 55 et 56, et le sens de rotation de ces dernières est tel que l'accou- plement unidirectionnel 57 bolque la roue dentée 56 sur l'arbre 30 ; la commande est ainsi transmise à l'arbre 30 par l'intermédiaire d'une réduction d'engrenage 2 :1 constituée par les roues dentées 55 et 56.
Lorsqu'on a obtenu une vitesse appropriée de la locomotive, l'embray- age 58 est débrayé pour relier la roue dentée 29 à l'arbre 30.
Il résulte de cette opération un ralentissement du boîtier 19 d'en- grenage et un débrayage de l'accouplement unidirectionnel 57 Il ne se produit ainsi aucune interruption du couple fourni à l'arbre 30 lorsqu'on passe d'une faible vitesse à une vitesse élevée attendu que la faible vitesse est en action jusqu'à ce qu'elle soit remplacée par la vitesse élevée.
La vitesse de l'arbre 30 est maintenant doublée, et le couple appliqué à ce dernier est réduit de moi- tié en comparaison de la vitesse et du couple obtenus lorsqu'il est entraîné par l'intermédiaire de la roue dentée 55
Un ralentissement entraîne simplement le débrayage de l'embrayage 58 et la commande est alors transmise à l'arbre 30 dès que cette vitesse baisse au- dessous de celle de la roue dentée 55
Au lieu de l'embrayage à friction 58 on pourrait avoir recours à un accouplement à fluide pour régler la commande par son intermédiaire, par exem- ple en remplissant ou en vidant l'accouplement.
En se référant maintenant à la figure 5 dans laquelle les éléments correspondants présentent les mêmes numéros de référence que sur la figure 4, l'accouplement à auto-synchronisation Legge 57 et l'embrayage 58 sont remplacés ici par un double embrayage à griffes dont un embrayage à griffes 59 est fixé par cannelures à l'arbre 30 et peut être déplacé dans un sens pour venir en prisE avec la roue dentée 29. et dans l'autre pour venir en prise avec la roue dentée 56
<Desc/Clms Page number 5>
Ainsi, d'une façon bien connue en matière de construction de roues dentée droite, l'une ou l'autre des roues dentées 29 et 56 peut être reliée à l'arbre 30, tandis que l'autre reste libre.
Lorsque la locomotive tire sa charge maximum, l'embrayage à griffes est réglé pour relier la roue dentée 55 à l'arbre 30, et un couple s'élevant . jusqu'à un peu moins de la somme des couples des deux moteurs 10 et 11 peut être obtenu en faisant en sorte que le moteur 10 commande la roue 17 et que le moteur 11 commande la roue 24.
Lorsqu'une telle locomotive roule sans charge ou avec une faible char- ge seulement, il est possible que l'embrayage à griffes 59 vienne en prise avec la roue dentée 29.
Un exemple d'un engrenage de marche arrière autre que celui représen- té sur la figure 1 est représenté sur les figures 6 et 7. Dans ce cas, le pignon conique 31 est remplacé par une roue dentée droite 60. Cette dernière engrène de façon permanente avec une roue dentée intermédiaire 61 montée sur des roule- ments à galets 62 sur un arbre intermédiaire 63, (voir figure 7).
Une seconde roue dentée intermédiaire 65 vient également en prise avec la roue dentée 61 et présente le même nombre de dents que la roue dentée 60 et est montée de façon analogue sur des roulements à galets 66 sur l'arbre mené 67. Il ressort de la figure 5 que la roue dentée 61 est plus grande que la roue dentée 65 Toutefois, la roue dentée 60 a la même largeur que la roue dentée 65 et est axialement décalée par rapport à cette dernière d'une distance légère- ment supérieure à sa largeur, de sorte que la roue dentée 60, tout en venant en prise avec la roue dentée 61, n'engrène pas avec la roue dentée 65
Les arbres 63 et 67 sont montés sur des roulements à galets dans le carter d'engrenage 68,
un support supplémentaire étant prévu à l'aide d'un élé- ment transversal 69.
Des roues dentées 70 et 71 sont clavetées sur les arbres 63 et 67 respectivement, et présentent toutes deux le même nombre de dents. Entre ces roues dentées se trouve une roue dentée folle 72 qui est montée sur des roule- ments à galets 73 de façon à pouvoir librement tourner dans le carter d'engre- nage. La roue dentée 72 vient en prise avec les deux roues dentées 70 et 71.
Des éléments d'embrayage à dents 74 et 75 sont fixés par cannelures sur les arbres 63 et 67 respectivement de façon à ne pas pouvoir tourner, mais à être susceptibles de coulisser sur ces derniers. Les éléments d'embrayage 74 et 75 présentent chacun une rainure périphérique avec laquelle viennent en prise les extrémités fourchues d'un bras représenté schématiquement en 76 et monté à pivot en un point 77 à mi-chemin entre les arbres menés 63 et 67.
Dans la posi- tion du-bras 76 représenté par un trait plein sur la figure 7, l'élément 74 se trouve dans sa position d'extrême droite (en observant le dessin) dans laquel- le ses dents viennent en prise avec des dents internes formées sur un prolonge- ment en surplomb 78 de la roue dentée 61 de façon à bloquer cette dernière à 1' arbre 63 Toutefois, si le bras 76 tourne dans le sens sinistrorsum, l'élément 74 est débrayé et l'élément 75 est amené en prise avec le prolongement 79 de la roue dentée 65. A titre de sécurité, l'agencement est de préférence tel que 1 élément 75 ne vient au contact du prolongement 79 que lorsque l'élément 74 est complètement dégagé du prolongement 78.
En fonctionnement, la roue dentée 60 est entraînée par la source d'énergie à tout moment dans une direction constante qui est considérée aux fins de la présente description' comme étant le sens dextrorsum. Par conséquent, la roue dentée 61 tourne de façon constante dans le sens sinistrorsum et la roue dentée 65 dans le sens dextrorsum. Si le bras 76 se trouve dans la position représentée sur la figure 7, la roue dentée 61 est bloquée à l'arbre 63 qui tour- ne par conséquent dans le sens sinistrorsum. De façon analogue, la roue dentée
<Desc/Clms Page number 6>
71 qui est mise en rotation par la roue dentée 70 et la roue dentée folle 72 tourne également dans le sens sinistrorsum.
Les deux essieux d'entraînement de la locomotive sont commandés par les arbres intermédiaires 63 et 64 respectivement au moyen de toute transmission commode, par exemple par l'intermédiaire d'engre- nages droits et d'un montage télescopant ou par l'intermédiaire d'une commande à chaîne. Cette transmission, qui n'est pas représentée sur les dessins, peut comprendre les roues dentées 70 et 71.
Afin d'entraîner la locomotive en marche arrière, on fait tourner le bras 76, après que la transmission a été amenée au repos, dans le sens sinis- trorsum de façon que la roue dentée 61 soit libérée et que la roue dentée 65 soit bloquée à l'arbre 67. Ce dernier, avec sa roue dentée 71, tourne par consé- quent dans le sens dextrorsum, ce qui provoque la rotation de la roue dentée 70 dans le sens dextrorsum par l'intermédiaire de la roue dentée folle 72. Ainsi, en faisant tourner le bras 76, le sens de rotation des arbres intermédiaires est renversé, chaque arbre et sa roue dentée associée tournant toutefois dans le même sens que l'autre, qu'il s'agisse du sens dextrorsum ou sinistrorsum.
Sur la figure 3, on représente schématiquement une forme de réalisa- tion de l'invention dans laquelle on a recours à quatre moteurs agencés par pai- res. Chaque moteur de chaque paire agit par l'intermédiaire d'un convertisseur de couple et d'un embrayage sur un engrenage différentiel.
Les moteurs 80 et 81 entraînent par l'intermédiaire de convertisseur! de couple à fluide 82 et 83 et de freins unidirectionnels Legge 84 et 85 respec- tivement, un engrenage différentiel de compensation 86.
De façon analogue, les moteurs 87 et 88 munis de leur convertisseur de couple respectif 89 et 90 et de leurs freins unidirectionnels Legge 91 et 92 commandent un engrenage différentiel de compensation 93
L'engrenage différentiel 86 entraîne un pignon 94 qui est en prise avec un pignon 95, et l'engrenage différentiel 93 commande un pignon 96 qui est en prise avec un pignon 97, et les commandes de deux pignons 95 et 97 sont combinées dans un troisième différentiel 98 dont la commande est transmise par l'intermédiaire d'un engrenage de marche arrière 99 qui peut être comme repré- senté sur la figure 7, aux roues d'entraînement 37 de la locomotive.
Grâce à cet agencement, on peut avoir recours à toute combinaison de 1, 2,3 ou 4 moteurs suivant les conditions de fonctionnement.
Les roues dentées 94, 95 et 96, 97 présentent de préférence des rap- ports différents, par exemple 1,33:1 et 2,22:1 respectivement. Ceci a pour effet d'étendre la gamme de vitesses et rend l'agencement approprié pour une locomoti- ve légère pour trains de voyageurs.
Les avantages de cet agencement par rapport à un agencement dans le- quel quatre ensembles moteurs sont reliés par engrenage aux essieux sans les dif férentiels sont les suivants :
1) Avec un engrenage direct, la locomotive n'assure pas l'effort initial de traction ou est incapable d'atteindre la vitesse maximum nécessaire.
2) Avec le différentiel, en cas de panne de l'un ou l'autre des mo- teurs, l'effort maximum de traction est toujours disponible à la vitesse maximum réduite, tandis qu'avec un agencement de commande directe l'effort de traction est réduit de 25%
3) Avec l'agencement différentiel, la locomotive peut fonctionner av un effort maximum de traction sur deux moteurs si la vitesse maximum nécessaire permet de le réaliser, par exemple au cours des manoeuvres, ce qui constituerait une économie. On peut également l'obtenir à l'aide d'un seul moteur à faible vi- tesse pour une manoeuvre sur dos d'âne.
<Desc/Clms Page number 7>
Chaque convertisseur de couple fournit une courbe de vitesse dont la course de couple est descendante et qui est susceptible d'assurer que le couple engendré par deux ou quatre moteurs suivant le cas, reste en équilibre malgré les différences de la sortie de puissance dues à une condition générale ou à la régulation.