Procédé pour maintenir constante la pression d'une prise de courant sur une caténaire et dispositif pour la mise en aeuvre du procédé Le présent breveta pour objet un procédé pour maintenir constante la pression d'une prise de cou rant sur une caténaire et un dispositif pour la mise en aeuvre du procédé.
L'invention a pour but de maintenir en perma nence constante la pression des frotteurs ou de l'ar chet sur la caténaire.
Les prises de courant pour grandes vitesses com portent au moins une double suspension élastique en premier lieu les ressorts qui équilibrent le poids du dispositif de sustentation, en second lieu les res sorts qui suspendent élastiquement et avec une inertie relativement faible l'archet ou les frotteurs par rap port au dispositif de sustentation.
Comme ces der niers ont une course élastique limitée, alors que les dénivellations peuvent atteindre deux mètres au pas sage des ouvrages d'art, il n'a pas été jusqu'ici possible de séparer nettement les fonctions, d'une part la fonc tion d'équilibrage, d'autre part la fonction d'assurer aux frotteurs ou à l'archet une pression suffisante pour répondre aux exigences électriques et électro- dynamiques pour la captation de puissances élevées.
Les ressorts d'équilibrage participant donc aux efforts d'application de l'archet ou des frotteurs con tre la caténaire, l'ensemble répond mal aux variations de pression dues aux agents extérieurs soit ceux qui agissent directement sur le dispositif de sustentation, tels que le vent relatif ou le givre, soit ceux qui agis sent indirectement sur ce dispositif par l'inter médiaire de l'archet ou des frotteurs, tels que les ouvrages d'art et, dans ce dernier cas, à cause de la trop grande inertie de l'ensemble de la prise.
On a donné des solutions fragmentaires du pro blème en changeant le réglage de la tension des res sorts d'équilibrage, pour tenir compte soit du pas sage d'une caténaire à une autre de hauteur diffé- rente, soit du passage d'une caténaire lourde à une caténaire légère ou réciproquement, soit des puis sances captées. On a également proposé, à l'aide de courses plus ou moins judicieusement calculées, de tenir compte de l'effet des dénivellations imposées par les ouvrages d'art du fait de l'abaissement loca lisé de la caténaire et du fait de la variation con comitante des effets du vent relatif.
Par contre, rien n'a été encore sérieusement proposé pour remédier aux effets du givrage.
En tout cas, rien n'a été proposé jusqu'ici pour suivre d'une manière permanente et continue les variations de la pression des frotteurs ou de l'archet sur la caténaire, aux fins de maintenir cette pression constante.
Il est à noter d'autre part que chaque fois que l'on s'est proposé d'étudier la variation de pression sur la caténaire, le but en a été uniquement la mesure pour elle-même, cette mesure se faisant en l'absence de tout courant de traction, la locomotrice étant dans ce cas tractée par une locomotrice à va peur ou à mazout.
Selon l'invention, on mesure en permanence la pression exercée par la prise de courant et l'on modi fie, en fonction de cette mesure, les efforts exercés sur la prise de courant par les ressorts du dispositif de sustentation de cette prise de courant.
Le mesure des variations de pression peut avoir lieu en mesurant soit directement les variations de tension des ressorts qui suspendent les frotteurs ou l'archet par rapport au dispositif de sustentation, soit indirectement en mesurant les variations d'élongation des ressorts, ce qui peut donner lieu à une mesure linéaire ou à une mesure angulaire selon le mode de suspension adopté.
A titre d'exemple de mesure directe des varia tions de compression, on rappellera les méthodes piezo-électriques, soit en faisant appel à un quartz qui se charge électriquement par compression et qui a l'avantage de ne pas exiger une source d'énergie extrinsèque, soit en faisant appel au carbone dont la résistance varie avec la charge. On rappellera encore les jauges extenso-métriques qui permettent de me surer les efforts supportés par la tige, ou par les points d'appui d'un ressort.
A titre d'exemple de mesures indirectes des variations de pression par variation de l'élongation des ressorts, on rappellera les diverses servocom mandes classiques, soit hydrauliques, soit électriques, soit électro-pneumatiques, soit hydro-électriques, soit hydropneumatiques dans lesquelles un mouve ment d'entrée, ici le mouvement relatif des frotteurs ou de l'archet par rapport au dispositif de sustenta tion, se traduit, plus ou moins à distance, par un mouvement univoque de sortie utilisable à des fins de mesure ou de commande.
On sait qu'aujourd'hui l'industrie dispose de servocommandes dont le temps de réponse est de l'ordre de millième de seconde, le millième de se conde représentant 0,05 mm pour une vitesse de 180 km/heure de la locomotrice.
On remarquera que, pour l'application de la pré sente invention, les mesures directes, par exemple les méthodes piezo-électriques, se traduisent par l'apparition d'une intensité ou d'une tension.
Les mesures indirectes peuvent également se traduire de la même manière, en sorte que dans les deux cas on est ramené finalement à l'utilisation d'une des servo commandes électriques, ou hydro-électriques ou électro-pneumatiques, classiques, dans lesquelles l'amplitude du mouvement de sortie est fonction d'une tension d'entrée.
On donnera ci-après un exemple très simple de mise en ceuvre de l'idée inventive, dans le cas où l'on se borne à combattre les effets du givre lequel, alour dissant le dispositif de sustentation, peut provoquer la perte de contact entre les frotteurs ou l'archet et la caténaire. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution et des variantes du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, appliqué à un pantographe.
Les fig. 1 et 2 représentent respectivement en élévation et en plan un dispositif de sustentation classique.
Les fig. 3 et 4 représentent à plus grande échelle des élévations, avec coupe partielle, du dispositif de suspension de l'archet par rapport au dispositif de sustentation.
La fig. 5 représente un dispositif de mesure ap pliqué au pantographe des fig. 1 à 4.
Les fig. 6 et 7 sont des schémas de connexions électriques entre le dispositif de mesure et un appa reil de lecture. Pour simplifier les figures, il n'a été représenté que ce qui est strictement nécessaire à la compréhen sion de l'invention, le moteur usuel de commande pour la levée et la descente du pantographe ainsi que les bielles d'accouplement dudit moteur avec les arbres de rotation n'ont pas été représentés.
La fig. 1 représente ledit pantographe compor tant un bâti 1 fixé sur la toiture de la locomotrice, non représentée, par des isolateurs 2. Ce bâti pos sède des paliers 3 dans lesquels tourillonnent des arbres 4 solidaires de bras 5 articulés sur d'autres bras 6, eux-mêmes reliés ensemble par une articula tion désignée dans son ensemble par 7 et dont le détail est donné en fig. 3 et 4. Un archet 8 destiné à capter le courant par frottement sur la caténaire est monté sur l'articulation 7.
Un ou plusieurs grou pes de ressorts 9 exercent leur effort de traction sur les arbres 4 par l'intermédiaire des leviers 10, de telle sorte que, non seulement ils équilibrent le poids de la partie mobile du pantographe composée des éléments 5, 6 et 8, mais qu'ils contribuent aussi à appliquer l'archet 8 sur la caténaire avec une cer taine pression.
L'extrémité des ressorts 9 opposée à celle fixée aux leviers 10, peut être liée soit directement à la tige de piston d'un moteur à air comprimé 11, soit indirectement, comme représenté, par l'intermédiaire d'un palonnier 12 qui attaque les ressorts par groupe de deux. Il y a donc deux moteurs<B>11</B> attaquant chacun un palonnier 12 et l'ensemble est symétrique par rapport au plan vertical, transversal à la voie, dans lequel se déplace l'archet et par rapport au plan vertical médian, longitudinal à la voie.
Si l'on envoie de l'air dans les moteurs 11 pour tirer sur les ressorts 9, on augmente la pression sur la ligne et au contraire, si on purge l'air de façon à permettre aux ressorts 9 de se détendre, on diminue la pression sur la ligne. L'archet 8 est monté sur l'articulation 7 de la façon suivante : (fig. 3 et 4) les bras 6 sont articulés en 7 entre eux et avec un axe transversal 13 dont une boite à ressort 14 est soli daire à chacune de ses extrémités.
Chaque boite est munie d'une queue 15 maintenue constamment dans une position verticale au moyen de biellettes 16, arti culées d'une part en 17 sur les bras 6 et d'autre part en 18 sur un coulisseau 19, glissant sur la queue 15 qui sert de coulisse. L'axe de chaque boite à ressort 14 reste donc lui-même constamment vertical. Dans chaque boite à ressort coulisse une tige 20, dont la tête 21 supporte l'archet 8 par une articulation et la tige 20 est supportée élastiquement par la boite 14 du fait de la présence d'un ressort 22.
Quand la pression sur la ligne de contact aug mente, la pression (p) du ressort sur le fond de la boite 14 augmente, la cote (a) diminue. Le résultat est inversé quand la variation de pression change de sens. On peut donc mesurer la pression du frotteur sur la ligne, directement par une mesure de la pres- sion (p) ou par une mesure de la cote (a) ou même par une mesure de déformation de la tige 20 ou de la boîte 14.
On a choisi dans cet exemple (fig. 5) de mesurer le cote a et à cet effet on fait appel à un variomètre électromagnétique au moyen duquel la variation de cette cote est traduite en variation d'intensité.
Il est connu qu'une bobine alimentée en courant alternatif à tension constante voit l'intensité qui la traverse diminuer lorsque son inductance augmente, et augmenter dans le cas contraire. Si donc, dans une telle bobine, on introduit progressivement un noyau de métal magnétique de façon à augmenter le flux magnétique, l'inductance augmentera au fur et à me sure de la pénération du noyau et l'intensité dimi- nuera.
Sur la boite à ressort 14 (fig. 5) est fixée, à l'aide d'un support 23, une bobine 24 dont les deux fils de sortie sont repérés 25 et 26. La tête 21 de la tige 20 possède un bras 27 auquel est fixé un noyau plon geur en fer doux 28. Si la cote (a) diminue, le plon geur 28 entre plus profondément dans la bobine 24 et l'intensité qui passe dans les fils 25-26 diminue ; l'effet inverse se produit lorsque la cote (a) augmente.
On réalisera le schéma représenté en fig. 6, dans le quel le dispositif de fig. 5 est représenté symbolique ment en 29. 30 est un générateur de courant alter natif à tension constante, 31 un appareil indicateur du genre ampèremètre possédant des repères, en tout nombre voulu, par exemple trois comme représenté sur la figure: un repère 32 indiquant la pression moyenne sur le fil de contact, un repère 33 indiquant la pression maximum que le frotteur ne doit pas dé passer, un repère 34 indiquant la pression minimum tolérée pour une bonne captation.
Le dispositif 29 est placé sur le pantographe comme représenté en fig. 5, le générateur 30 se trouve à l'intérieur de la locomotrice et l'indicateur 31 sous l'aeil du conducteur.
Quand la pression de l'archet sur la caténaire est normale, l'aiguille 35 est en regard du repère 32. Si la partie mobile du pantographe se recouvre d'une couche de glace par exemple, parce que la loco- motrice traverse une zone de brouillard givrant, le poids de cette glace s'ajoute au poids de la partie mobile et vient en déduction de la pression, la cote (a) augmente et le noyau 28 sort de la bobine 24, l'intensité dans les fils 25-26 augmente, l'index de l'aiguille 35 se rapproche du repère 34.
Avant que ce repère ne soit atteint, le conducteur peut exciter momentanément une électrovalve non représentée, qui enverra de l'air dans les moteurs 11 pour donner un supplément de tension aux ressorts 9, ce qui com pensera la diminution de la pression sur la caténaire et l'aiguille 35 reviendra sur le repère 32. Si la glace vient à fondre, petit à petit la pression sur la ligne de contact augmentera, la cote (a) diminuera, le plon geur 28 pénétrera dans la bobine 24, l'intensité dans les fils 25-26 diminuera et l'aiguille se dirigera vers le repère 33.
A ce moment, le conducteur pourra en excitant momentanément une électrovalve de purge, rétablir la pression antérieure dans les moteurs 11 et donc ramener la pression de l'archet sur la caténaire à sa valeur normale.
Si on le désire, on peut remplacer l'indicateur 31 par un commutateur qui contrôle automatiquement les deux électrovalves.
Tout le circuit représenté au schéma de la fig. 6, y compris les appareils 29, 30, 31 peut être parcouru par un courant dont l'origine (générateur 30) diffère de celui traversant le pantographe pour l'alimenta- tion des moteurs de traction ; il faut donc que ce circuit soit convenablement isolé électriquement du circuit de traction.
La fig. 7 représente une variante du schéma de la fig. 6. Il se peut en effet que la caténaire soit à haute tension, dans ce cas, l'isolement doit être sérieusement étudié. On peut le réaliser facilement en ayant recours à un transformateur 37 convenable ment établi, qui séparera la partie du circuit dans lequel le variomètre est en série de la partie dans laquelle se trouvent les appareils 30 et 31.
On peut même, si on a recours à un transformateur 37 pour réaliser l'isolement, supprimer le générateur 30 et prendre l'énergie nécessaire sur le pantographe lui- même, en ayant soin d'intercaler judicieusement un régulateur de tension.
Enfin, si la souplesse et les imperfections de la ligne de contact provoquent de fréquents déplace ments de petite amplitude pour l'archet 8, dans le sens vertical, la cote (a) et l'intensité varient cons tamment, cela se traduit par des vibrations de l'ai guille 35, et l'appréciation de l'indication peut de venir difficile, ou encore par des perturbations dans la commande automatique par commutateur.
On remédiera à ce défaut en insérant dans le circuit, en amont du commutateur ou en lieu et place de l'indi cateur 31, un appareil intégrateur du genre comp teur. Dans ce cas, ce ne sont plus simplement des in tensités qui sont traduites, mais des quantités d'élec tricité qui sont recueillies par l'intégrateur dans des temps égaux.
Ces quantités peuvent être lues sur un cadran approprié, à la fin de TOPS régulièrement espacés, et comparées à une lecture de base corres pondant à la pression normale de l'archet sur la ligne, ou peuvent servir à la commande automatique par commutateur.
On peut utiliser les schémas des fig. 6 et 7 pour représenter d'autres exemples de servocommandes. Par exemple dans le cas où l'archet ou les frot- teurs sont articulés sur une traverse par des bras, de manière que les bras puissent osciller dans un plan vertical longitudinal par rapport à la voie, décrit dans le brevet suisse No 322866,
on peut utiliser une servocommande purement électrique dans laquelle 29 sera un selsyn logé dans l'articulation et mesu rant des variations angulaires du bras, 31 étant alors le selsyn récepteur qui commande les mouvements des moteurs 11 qui seront alors des moteurs élec triques.
Toujours avec le dernier type de suspension, 29 peut être (fig. 7) un distributeur à tiroir rotatif logé dans l'articulation. Dans ce cas 31 sera un moteur hydraulique pouvant servir de relais pour la com mande des moteurs 11 tandis que 25 et 26 seront des tuyauteries d'huile, 37 désignant un isolateur dans la masse duquel sont deux canalisations raccor dées aux tuyauteries 25 et 26 ; 30 étant la source de pression hydraulique.
On notera que pour les vitesses supérieures à 150 km/heure on aura intérêt à appli quer la présente invention avec le pantographe dé crit dans le brevet suisse No 328309.