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"LIMITEUR DE VITESSE A DECLENCHEMENT VARIABLE AUTOMATIQUE " @
Dans les machines d'extraction à commande électrique ou à vapeur il est nécessaire d'utiliser un limiteur de vitesse autant que possible solidaire de l'arbre de couche de la machi- ne. Ce limiteur de vitesse agit sur, les appareils de sécurité prévus dans l'installation dès que, sous l'influence d'une charge descendante ou pour toute autre cause quelconque, la vites. se de la machine tend à devenir exagérée et par suite dangereuse.
Les limiteurs de vitesse usités ont leur action basée sur la force centrifuge, ils font déclencher un relais ou un interrupteur branché sur un circuit de sécurité lorsque la vi- tesse de la machine atteint une valeur déterminée de n% supérieu- re à la vitesse de régime.
Il convient de remarquer que dans beaucoup de circonstan- ces l'emploi de tels limiteurs dont le fonctionnement est assuré
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pour une valeur fixe maximum, peut être insuffisant, principale- ment lorsqu'il s'agit de machines, utilisant le courant alterna- tif direct et entrainées par moteur asynchrone. Par exemple dans le cas d'un trait s'effectuant sous une charge négative (descen- te du personnel ou de matériaux) il est nécessaire qu'à partir d'une certaine distance avant l'arrivée de la cage vide au jour, le mécanicien prenne des précautions pour ralentir la vitesse de la machine, par un freinage plus énergique que pour un trait normal.
Si au contraire le mécanicien manoeuvre son levier dans le sens inverse du freinage à contre courant, il y a intercala- tion intempestive de résistances dans le sens de la marche, et comme le sens du champ tournant statorique est conservé dans celui de la rotation, la machine, au lieu de ralentir, augmente- ra de vitesse, et un accident sera à craindre surtout si les cages sont à proximité des recettes.
D'autre part le règlement des mines de nombreux pays im- pose pour la translation du personnel une vitesse maximum sou- vent moindre que celle d'extraction des produits. On conçoit que c'est surtout dans ce cas qu'il est bon que la machine possède un appareil capable non seulement de limiter la vitesse à une valeur maximum pendant que les- cages sont au milieu du puits mais surtout de limiter les vitesses successives de fin de cordée à des valeurs bien déterminées.
Divers dispositifs toujours basés sur l'action de la force centrifuge ont été imaginés pour répondre aux conditions précitées ; les uns munis de relais pouvant être mis en action en fin de cordée, d'autres comportant des organes mécaniques appropriés et adaptés à l'indicateur de niveaux des cages, agis- sant comme le limiteur ordinaire sur les appareils de sécurité.
D'une manière générale, les premiers de ces dispositifs manquent d'efficacité et les seconds comportent une partie mécanique im- portante qui augmente les frais d'établissement et d'entretien.
La présente invention a pour objet un perfectionnement des limiteurs de vitesse du petit modèle ordinaire à effet basé
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sur l'action de la force/centrifuge de façon à les faire déclencher non seulement pour une valeur unique bien déterminée de la vitesse, supérieure à la vitesse normale, mais aussi à des vitesses variables dépendant de la position des cages dans le puits ou de la composition de la charge (personnel ou produits).
En d'autres termes il s'agit de créer, selon que la char- ge est composée de personnel ou de produits une courbe de vi- tesses de déclenchement enveloppant la courbe de vitesses suc- cessives décroissantes de fin de cordée, de manière à éviter toute vitesse exagérée lorsque la cage arrive à la recette.
Dans le cours de la description on se réfère à des fi- gures dont l'énumération va suivre:
La fig. 1 montre les diagrammes de différentes vitesses d'une machine d'extraction. a est le diagramme des vitesses pour un trait normal d'extraction des produits ou pour la descente des matériaux. b est la courbe enveloppe des vitesses voisines de la vitesse de déclenchement (avertissement du proche fonctionne- ment du limiteur)pour un trait d'extraction des produits. c est la courbe enveloppe des vitesses de déclenchement du limiteur pour un trait d'extraction des produits.
.9. est le diagramme des vitesses pour un trait normal de translation du personnel. e est la courbe enveloppe des vitesses voisines de la vitesse de déclenchement (avertissement du proche déclenchement du limiteur) pour un trait de translation du personnel. f est la courbe enveloppe des vitesses de déclenchement du limiteur pour un trait de personnel.
Dans tous ces diagrammes , les vitesses angulaires de 1' arbre de couche de la machine sont portées en ordonnées et les temps en abcisses.
Les périodes - 1 ) d'accélération - 2 ) de marche en régime - 3 ) de ralentissement - sont représentées par les portions de diagrammes 1, 2, 3 pour la translation des produits et matériaux et 1', 2', 3' pour la translation du personnel.
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La fig. 2 représente schématiquement en élévation un limiteur de vitesse ordinairement usité pour déclenchement à une vitesse unique maximum.
La fig. 3 représente schématiquement à titre d'exemple, le limiteur de vitesse objet de l'invention, pour déclenchement à des vitesses variables.
La fig. 4 montre des variantes de courbes enveloppes.
La fig. 5 représente à titre d'exemple, une variante de certains organes du limiteur de vitesse de la fig. 3.
Dans le limiteur de construction ordinaire montré schématiquement fig. 2 :
U est une roue dentée commandée par l'arbre de couche de la machine en prise avec un pignon U' qui entraîne une tige creuse T à l'extrémité supérieure de laquelle est fixé un lo- sange articulé V muni de boules 0 de même façon que dans les régulateurs à force centrifuge habituels. La vitesse de rota- tion des boules 0 est donc fonction de celle de la machine. pour une vitesse donnée de la machine l'écartement des boules 0 détermine le déplacement de bas en haut d'un coulis- seau A agencé à la partie inférieure du losange articulé V.
Le coulisseau A entraine dans son ascension une tige Q, coulissant à l'intérieur de l'arbre creux T et à l'extrémité inférieure de laquelle est fixé un c8ne K. Ce c8ne vient alors soulever un pointeau C monté à l'extrémité d'un levier coudé R articulé en R' et provoque de ce fait le déclenchement du relais L.
B est un ressort de compression agissant sur le coulis- seau A destiné à équilibrer l'action centrifuge et à ramener, au repos,le dit coulisseau à sa position la plus basse.
D est un ressort de traction agissant sur le levier coudé R du pointeau C.
Les résistances de fonctionnement à vaincre par l'ac- tion centrifuge des boules 0 proviennent:
1 du poids mort du coulisseau A et des pièces s'y rattachant; soumises comme lui au mouvement ascensionnel.
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II - de l'action du ressort B.
III de la réaction du ressort D du pointeau C.
IV - des frottement s'opposant au déplacement vertical du mécanisme coulissant.
Si l'on suppose que le ressort B n'est pas comprimé lors- que le coulisseau A se trouve à sa position basse, aucun dépla- cement vertical de la partie coulissante ne se produira avant que l'action centrifuge des boules 0 soit suffisante pour vaincre les résistances mentionnées ci-dessus en 1 , III IV Ces résistances ont une valeur à peu près constante pour toutes les positions du coulisseau A utilisées pour provoquer le déclenchement.
Il s'en- suit que dans un limiteur de vitesse de ce genre la force centrifu- ge agissant sur les boules 0 ne provoque le déplacement de la par- tie coulissante qu'à partir d'une certaine vitesse évaluée d'après essais sur divers appareils utilisés dans la pratique à environ 50% de la vitesse de régime ; dessus de cette vitesse l'action centrifuge en excès est équilibrée par la compression du ressort B.
Dans le limiteur de vitesse, objet de la présente inven- tion représenté fig. 3, afin de diminuer autant que possible la . zone d'insensibilité précisée ci-dessus, il est ajouté un ressort d'équilibre E prenant.appui par l'extrémité inférieure sur le bâti W de l'appareil et par l'extrémité supérieure sur une butée G agencée à l'extrémité d'une tige coulissante Q,' prolongeant en quelque sorte la tige coulissante Q,. Ce ressort E compense dans une certaine mesure et selon sa courbe d'utilisation, les résis- tances mentionnées précédemment en 1 et III
Dans le même ordre d'idées, le ressort B de la fig. 2 se trouve reporté en B';
il est placé non plus sur là tige T mais sur la tige coulissante Q' et agencé de telle sorte qu'il soit possible d'en modifier la longueur au cours de la marche et par suite l'intensité d'action. A cet effet, il s'appuie à son extrémité inférieure sur la butée G sus-visée soli- daire de la tige Q et à son extrémité supérieure sur une pièce F susceptible de se déplacer verticalement le
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long de la dite tige coulissante. Dans la pratique la tige Q' ne participe pas au mouvement de rotation de la tige Q, elle est seulement soumise au déplacement axial de cette dernière grâce à un dispositif approprié,roulement à billes,par exemple, adapté à l'intérieur du cône de déclenchement K.
Pendant la période de marche en régime pour un trait d'extraction de produits (partie 2 des diagrammes de la fig. 1) la pièce F est maintenue dans sa position la plus basse par un levier H articulé autour de l'axe H'''et sur lequel s'exerce, par l'intermédiaire d'une tringle H', l'action d'un contrepoids
I; une vis de réglage J, agencée sur un appendice H" présenté par le levier H, peut venir en contact avec une butée P prévue sur le bâti W et limiter le déplacement de la pièce F vers le bas de l'appareil. C'est la position représentée en pointillé sur la fig. 3.
Dans ces conditions l'effet des ressorts B' et E est tel qu'il équilibre l'act'ion de la force centrifuge à la vitesse normale sans amener le déplacement du cône K.
Si la vitesse de la machine augmente jusqu'à atteindre la vitesse maximum permise, l'action de la force centrifuge devient prépondérante et est absorbée par une compression supplémentaire du ressort B', la tige coulissante Q et par suite la butée G se déplaçant de bas en haut; il se produit en même temps et pour la même raison une détente du ressort E. Par suite, le déplace- ment vertical de la tige et du cône K est suffisant pour agir sur le pointeau C et provoquer de ce fait le déclenchement du re- lais L. pendant la période de ralentissement (partie 3 des dia- grammes de la fig.l) il est possible de déterminer des déplacements de la pièce F de bas en haut le long de la tige Q' Ces dépla- cements pourront être proportionnels à la position de la cage montante à partir du commencement de la dite période de ralen- tissement jusqu'à l'arrivée à la surface.
Il suffira à cet effet d'agir sur le contrepoids I de façon quelconque, par exemple, par l'intermédiaire des curseurs de l'indicateur de niveaux des
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cages pour déterminer 3/* oscillation du levier H dans le sens de la flécher (position indiquée en traits pleins sur la fig. 3),
L'élévation de la pièce F détermine la détente du ressort B' combinée avec celle, moins prononcée, du ressort E dont la tension varie peu ; conséquence le déplacement du cêne K et par suite le déclenchement du relais L ont lieu à des vitesses de plus en plus faibles, au fur et à mesure que la pièce F s'élève. La déformation combinée des ressorts B' et E donne la courbe des vitesses de déclenchement c de la fig, 1.
Un calcul judicieux des organes du limiteur permet d'obte- nir une courbe des vitesses de déclenchement enveloppant la courbe normale des vitesses de la machine jusqu'à des valeurs très réduites de la vitesse de régime.
Il convient de remarquer qu'avant de provoquer le déclen- chement du relais L le déplacement du cône K a déterminé la fer- meture du circuit d'un petit contacteur M commandant une signali- sation lumineuse ou acoustique destinée à avertir le mécanicien du proche déclenchement du limiteur de vitesse. Les différentes vitesses correspondant au fonctionnement de cette signalisation sont représentées par la courbe b de la fig. 1.
Il est naturellement loisible de changer l'allure de ces courbes enveloppes en modifiant l'action sur le levier H, par exemple en n'utilisant qu'une certaine partie du déplacement an- gulaire du levier H nécessité pour équilibrer l'action centrifuge des boules 0 en vitesse de régime ; obtiendra ainsi une courbe enveloppe des vitesses de fonctionnement de la signalisation tel- le que e et une courbe enveloppe des vitesses de déclenchement telle que.! (fig. 1).
Ces courbes peuvent être par conséquent, déterminées de façn à limiter le diagramme des vitesses pour la translation du personnel.
Ce résultat sera avantageusement obtenu au moyen d'une ti- monerie commandée du poste du mécanicien par la manette de mise en circuit des résistances rotoriques additionnelles, lorsque la machine est attaquée par un moteur asynchrone, ou de mise en
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court-circuit de la résistance additionnelle en cas de système Ward-Léonard.
De même on peut modifier l'allure de ces courbes selon les nécessités, principalement dans la cas des machines d'extrac- tion. la partie descendante correspondant aux périodes 3 et 3' des diagrammes de la fig. 1. Il suffit de faire varier les déplacements de la pièce F non plus proportionnellement aux positions des cur- seurs de l'indicateur de niveau des cages mais d'une façon appro- priée par exemple, à l'aide de cames. On peut ainsi obtenir une courbe enveloppe telle que la courbe 11 de la fig. 4. Cela permet au mécanicien, s'il le désire, d'avoir une marge plus importante entre la courbe des vitesses normales et la courbe des vitesses de déclenchement.
Le même résultat peut être atteint sans le secours de cames en amenant le point (a) en (a') la courbe enveloppe 22 est ainsi obtenue par simple réglage du mécanisme de relevage du contrepoids I.
Dans la variante représentée fig. 5 est adjoint au limiteur de vitesse objet de l'invention un levier supplémentaire la:. sembla- ble à H articulé autour de l'axe h ''' et commandé par une tringle h', Ce levier h appuie lorsque la cage est à proximité des recet- tes sur une pièce F' pouvant coulisser sur la partie inférieure de la tige Q' et agir sur le ressort E. Le déplacement de cette pièce F' de bas en haut peut même déterminer le déclenchement lorsque la cage montante a par trop dépassé la recette.
Au moyen de ce levier supplémentaire la sensibilité du limitèur aux faibles vitesses est encore augmentée et la courbe enveloppe obtenue est représentée en 33 fig. 4.
Le levier supplémentaireh peut aussi être prévu pour l'actionnement de la signalisation lumineuse ou acoustique lors- que la course de la pièce F est réglée en vue du fonctionnement du limiteur selon la courbe enveloppe "personnel".
On peut enfin établir la timonerie reliant l'indicateur de niveaux des cages au limiteur de vitesse de façon à rendre son fonctionnement dépendant à la fois des périodes d'accélération et
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de ralentissement. C'est dans cette hypothèse qu'ont été tracés les diagrammes représentés fig. 1.
Il convient de remarquer que les limiteurs décrits en re- gard des fig. 3 et 5 ne sont que des exemples de réalisation de l'invention objet de la présente demande; il est naturellement loisible d'adopter d'autres dispositions d'organes en vue d'obtenir les mêmes résultats sans sortir du cadre de l' invention.