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"Perfectionnements aux appareils Hydrauliques de transmission de puissance."
Cette invention a trait aux appareils de trans- mission de puissance hydraulique destinés à être employas entre un moteur tournant d'une façon continue et des mé- canismes tels que des treuils, appareils de halage ou la- minoirs, dans lesquels il est normalement nécessaire d'ac- célérer le mouvement de rotation d'un arbre de zéro à la pleine vitesse pendant qu'il est soumis à une charge, et dans lesquels des changements de marche fréquents sont aussi requis.
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Dans les treuils pour cages de mines,appareils de halage et appareils analogues, on a proposé d'intercaler entre le tambour de treuil et le moteur de commande pouvant tourner d'une façon continue dans un sens, une transmission hydraulique à rapport variable du type dans lequel il est fait usage de pièces à mouvement alternatif et dans lequel la puissance est transmise par l'entremise d'un liquide à haute pression agissant soit sur des plongeurs montés dans des cylindres, soit contre des ailettes adaptées dans un rotor monté excentriquement dans une enveloppe, des moyens de réglage étant prévus pour déterminer le rapport de trans- mission et le sens de la commande par le réglage du volume et du sens du mouvement du liquide délivré par une unité de pompe à une unité de moteur hydraulique.
un tel mécanisme est nécessairement compliqué et, en raison des pressions élevées appliquées en vue de limiter les dimensions et le coût et de maintenir le rende- ment, et étant donné le nombre de pièces travaillantes ajus- tées exactement et de paliers internes employés, les appa- reils de ce genre sont par eux-mêmes sujets à des troubles et interruptions de service.
En outre, on constate que dans les modèles de grandes dimensions nécessaires pour transmet- tre la force motrice requise pour les grands treuils dans les conditions modernes d'exploitation des mines, les appareils de ce type deviennent encombrants et coûteux à un degré ex- cessif, et même prohibitif, et c'est principalement dans le but d'obvier à. ces inconvénients et d'établir un mécanisme de treuil plus simple et plus sûr que la présente invention a été conçue.
Suivant l'invention, la commande est transmi- se par l'intermédiaire d'un accouplement hydraulique ou trans- formateur de vitesse du type Fottinger ou d'un autre type à
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turbine dans lequel le couple est transmis cinématiquement, la pression motrice du liquide est relativement faible et il n'existe pas de pièces travaillantes internes ou de paliers ou faibles espaces de travail sous une pression élevée.
Les inconvénients susmentionnés de l'appareil de transmission à haute pression sont ainsi évités,en outre qu'on peut em- ployer une'commande directe de l'accouplement par une machine motrice à grande vitesse, compacte et peu coûteuse et qu'on obtient d'autre part une manoeuvre facile à l'aide d'un mé- canisme simple, en remplissant ou vidant l'accouplement, ain- si qu'un freinage efficace, aussi bien par l'application de force motrice que dans le cas où la force motrice viendrait manquer.
Dans un accouplement ou transformateur du genre mentionné, il existe deux éléments l'un (appelé l'organe d'entraînement) recevant un mouvement de rotation continu de la machine motrice, et l'autre (appelé le rotor) accouplé au mécanisme à commander, un couple étant transmis d'un élément à l'autre hydrauliquement quand de l'eau ou un autre liquide est admis à l'enveloppe. Le liquide recueilli par l'organe d'entraînement tournant est délivré à une vitesse élevée, par sa périphérie, dans le rotor, où il vient heurter les aubes du rotor et fait tourner celui-ci, le liquide sortant du rotor près de son centre et revenant à l'orifice d'entrée de l'organe d'entraînement.
Le couple exercé par le rotor varie avec la quantité de liquide que renferme l'enveloppe et avec la vitesse du rotor correspondant à la résistance du méca- nisme récepteur, le réglage étant effectué par des obturateurs d'admission et d'échappement. Dans les appareils tels que les treuils ou appareils analogues, le simple fait d'ouvrir et de fermer les dits obturateurs n'est pas idéal pour la com- mande de l'unité hydraulique quand celle-ci est accouplée au
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tambour et aux cages qui possèdent une inertie considérable et dans lesquels le temps nécessaire pour l'accélération est, de façon correspondante, important.
La vitesse d'admission du liquide pourrait être limitée de telle sorte que l'enveloppe se remplisse relativement lentement, dans le but de fournir le temps voulu pour l'accélération de l'arbre récepteur sans soumettre la machine motrice k une charge exagérée (comme celà se produirait si la boite se remplissait rapidement);
mais, avec une admission limitée de liquide, il s'écoule un inter- valle de temps trop long entre l'instant d'ouverture de l'ob- turateur d'admission (et la fermeture de l'obturateur d'échap- pement) et l'instant auquel la quantité de liquide admise suf- fit pour transmettre le couple requis pour démarrer la charge à partir de la position de repos, et c'est pourquoi, dans le but de réduire à une valeur négligeable le dit intervalle de temps et effectuer l'accélération subséquente de la charge sans surcharger la machine motrice, on prévoit, suivant l'in- vention, un mécanisme de commande par lequel l'admission est d'abord ouverte en grand pour faire pénétrer le liquide rapi- dement dans la boite de l'unité hydraulique et par lequel,
aussitôt que le couple élevé requis a été développé pour lancer le mécanisme à partir du repos, l'admission est limi- tée pour compléter le remplissage relativement lentement, de façon à étendre la période d'accélération sur tout intervalle de temps court désiré. A cet effet, l'obturateur d'admission peut être placé sous la commande conjointe d'une manette de commande et d'un dispositif influencé par le couple développé ou d'un autre mécanisme agencé pour donner la variation dési- rée de l'ouverture de l'obturateur, la manette ayant pour rôle d'ouvrir l'obturateur initialement, et le dit dispositif ayant pour rôle de faire varier automatiquement l'ouverture en conformité avec les exigences.
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Pour mettre l'invention en pratique, on peut em- ployer deux des susdits embrayages ou accouplements hydrauli- ques, la machine motrice (qui peut être un moteur électrique tournant continuellement dans le même sens à pleine vitesse) étant accouplé à l'élément primaire ou organe d'entraînement d'un des embrayages pour donner une marche avant et étant accouplée par l'entremise d'un engrenage inverseur à l'élé- ment primaire ou organe d'entraînement de l'autre embrayage pour donner une marche arrière, de sorte que les deux organes d'entraînement tournent dans des sens opposés à la même vites- se, Le tambour de treuil ou autre mécanisme est accouplé avec chacun des éléments secondaires ou rotors des embrayages, qui possèdent préférablement la même contenance.
Dans une variante, les éléments primaires des deux unités hydrauliques peuvent être actionnés dans le même sens par le moteur de commande, alors que l'élément secondaire de la première unité serait accouplé 4 l'arbre du tambour et que l'élément secondaire de la seconde unité actionnerait le dit arbre par l'entremise d'un pignon intermédiaire pour donner le sens du mouvement inversé désiré.
Dans une forme de réalisation commode de ce type d'appareil les deux unités hydrauliques peuvent être combinées en une structure unique ayant un élément primaire commun
Dans une autre variante$ les unités hydrauliques peuvent être l'une du type tournant en marche avant et l'autre du type Intérieurement réversible tel que celui communément em- ployé pour la propulsion des navires, les éléments secondaires des deux unités étant alors reliés à un pignon commun engrenant avec une roue dentée montée sur l'arbre du tambour.
Les moyens pour produire la commande désirée des obturateurs de l'unité hydraulique peuvent comprendre un dispositif influencé, élec-
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triquement ou mécaniquement) par le couple transmis, à l'arbre récepteur, ou par un mécanisme à ressorts agencé pour agir par l'entremise d'un appareil à cylindre et piston chargé d'un liquide convenable. On intercale tout dispositif de ce genre entre la manette de commande et le mécanisme de commande des obturateurs, ou, dans le cas de grandes unités dans lesquel- les les obturateurs sont actionnés par l'entremise d'un servo- moteur, entre ce dernier et soit la manette de commande, soit le mécanisme des obturateurs.
Dans les dessins annexés qui représentent à titre d 'exemple l'application à un treuil :
Fige 1 montre plus ou moins schématiquement la disposition générale de la commande par l'entremise de deux unités hydrauliques du type combiné susmentionné, avec un engrenage réducteur Intercalé entre elles et le tambour de treuil;
Figs. 2 et 3 représentent respectivement en vue de côté et en plan un mécanisme de commande convenable des- tiné à une installation employant une unité hydraulique du type mentionné, l'unité hydraulique elle-même et les conduits d'admission y reliés étant représentés en pointillé.
Fige 4 est une vue fragmentaire du mécanisme ré- glant l'échappement.
Fige 5 montre schématiquement une disposition de commande employant un servo-moteur et un mécanisme servant à retarder l'action de changement de marche.
]lige. 6, 7 et 8 montrent trois formes d'appareils de commande influencées mécaniquement par le couple transmis.
Figs.s 9, 10 et 11 montrent deux exemples de dis- positifs de commande d'obturateurs, dispositifs actionnés par des ressorts combinés avec un mécanisme à cylindre et à pis- tion.
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Dans la tige 1, l'embrayage ou accouplement hydrauli- que est du type comprenant un organe d'entraînement central
1 monté sur un arbre 2 directement accouplé au moteur de com- mande 3, des rotors de marche avant 4 et de marche arrière 5 étant montés respectivement sur des arbres creux 6 et 7 qui portent aussi des pignons 8 et 9. Un des rotors 4 ou 5 est actionné dans le même sens que l'organe d'entraînement 1, suivant celui des côtés de l'unité hydraulique qui est rem- pli de liquide, l'unité étant vidée par des lumières d'échap- pement situées à sa périphérie et commandées par des anneaux
10a et 10b agencés pour être mils axialement par tout méca- nisme convenable.
Le pignon 8 engrène directement avec une roue dentée il montée sur un arbre 12, et le pignon 9 action- ne une roue dentée 13, également montée sur l'arbre 12,par l'entremise d'un pignon intermédiaire 14. Finalement, un pi- gnon 15 monté sur l'arbre 12 engrène avec une roue dentée 16 qui est à son tour montée sur l'arbre du tambour de treuil ou actionne cet arbre de toute autre manière désirée. A titre de variante, l'arbre 12 peut être accouplé directement à l'ar- bre du tambour.
En faisant tourner l'unité hydraulique à la vitesse relativement élevée du moteur 3, ses dimensions sont si réduites qu'il devient possible d'actionner manuellement son obturateur d'admission 17 et les anneaux coulissants 10a et
10b qui se comportent à la façon d'obturateurs d'échappement, un dispositif propre à permettre de réaliser cette commande étant indiqué sur les fige* 2 à 4. L'obturateur d'admission principal 17 est actionné par un arbre 18 sur lequel est mon- té un des éléments d'un dispositif 19 influencé par un couple ou un dispositif équivalent, comme décrit ci-après d'une façon plus détaillée.
L'autre élément du dispositif sensible au cou- ple, appelé ci-après moteur à couple , 19 est relié par une
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biellette 20, des manivelles 21 et 22 portées par un arbre à bascule 23, une biellette 24 et une manivelle 25 à une manette ou levier de commande à main 26; l'arbre 18 sert aussi à ac- tionner l'obturateur d'échappement comme on le verra plus loin. A titre de variante, l'arbre 18 pourrait être relié di- rectement au levier 26, le .moteur à couple" ou appareil ana- logue étant supprimé. ce système de commande de treuils se prête à l'emploi des accouplements pour le freinage d'urgence (comme par exemple lorsque la puissance vient à manquer pen- dant le fonctionnement du treuil), ce qui s'obtient en rem- plissant simultanément les deux accouplements.
Pour adapter la forme combinée de l'unité hydraulique pour qu'elle agisse ainsi à la façon d'un frein, les deux anneaux 10a et 10b, dont la position neutre, représentée fige 4, est telle qu'elle per- met aux deux côtés de l'unité de se vider, sont munis de re- bords 27 agencés pour être soumis à l'action ..de pièces four- chues 28 montées respectivement sur des parties filetées de pas à droite et de pas à gauche d'un arbre 29. Cet arbre est monté dans des paliers 30 de façon qu'il puisse être déplacé angulairement ou longitudinalement, et il est embrassé par une fourchette 31 agencée pour reposer sur des colliers 32 de l'ar- bre. La fourchette 31 est assujettie à, ou tait corps avec, un excentrique 33 monté sur l'arbre 18.
Ainsi,lorsqu'on fait tour- ner cet arbre à l'aide de la manette de commande 26, la tour- chette 31 oscille dans un sens ou dans l'autre, entraînant dans son mouvement l'arbre 29, les fourchettes 28 et les anneaux 10a et 10b,ce qui ferme les ouvertures d'échappement d'une des unités hydrauliques et ouvre celles de l'autre. Quand on désire que l'unité hydraulique se comporte à la façon d'un trein en remplissant simultanément les deux côtés, on tait tourner l'ar- bre 29, ce qui a pour effet de rapprocher les fourchettes 28 l'une de l'autre et de fermer les deux jeux d'ouverture d'é-
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clappement.
La rotation de l'arbre 29 est commodément effec- tuée à l'aide d'une manivelle 34 montée sur cet arbre et ac- tionnée par une biellette 35 et par une manivelle 36 qui est montée sur un arbre intermédiaire 37 et est agencée pour recevoir un mouvement d'oscillation d'un levier 38 actionné par des/poids de freinage 39 pouvant être déverrouillés par la commande de la manette 26 ou, comme indiqué sur les figs.
2 et 3 par un verrou 40 actionné par le mécanisme de déclen- chement d'urgence normalement prévu sur de telles installa- tions, lequel mécanisme entre en action lorsque, par exemple, la force motrice ou l'alimentation d'air viennent à faire défaut. Un anneau 41 porté par les poids de freinage 39 entou- rant un prolongement 42 de la manette 26 ramène cette manette à la position neutre à la descente des poids. En même temps un interrupteur 43 servant à admettre du liquide simultané- ment aux deux côtés de l'unité hydraulique est ouvert par l'arbre intermédiaire 37 par l'entremise de pignons d'angle 44.
Les poids de freinage 39 sont agencés pour coulisser dans un cylindre de dash-pot à air dans lequel règne normalement la pression atmosphérique, de sorte que, après leur déverrouil- lage, leur descente s'effectue d'abord rapidement, puis l'air comprimé au-dessous du piston 39 retarde la vitesse de chute, l'obturateur 43 étant ouvert en grand par ce mouvement initial de façon à assurer le remplissage initial rapide des accou- plements. Le mouvement de descente des poids s'achève ensuite lentement pendant que l'air s'échappe de la partie inférieure du piston, ce mouvement complémentaire ayant pour effet de faire tourner l'obturateur 43 au-delà de sa position d'ou- verture maximum, ce qui assure l'achèvement du remplissage des accouplements aune vitesse restreinte.
Ainsi qu'il res- sort des figs. 2 et 3, les moyens pour actionner les anneaux coulissants 10a et10b sont préférablement prévus en double ou appliqués en trois points de la circonférence.
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Comme indiqué fige 5, si l'unité hydraulique pos- sède des dimensions telles que ses obturateurs ne puissent pas commodément être commandés directement par la manette 26, on peut intercaler un servo-moteur 45 entre le "moteur à cou- ple* 19 ou dispositif équivalent et soit l'arbre 18, comme représenté, soit la manette 26.
Le servo-moteur à pression de fluide comprend deux cylindres 46 placés suivant le marne axe et dans des sens opposés et munis de pistons normalement maintenus dans une position centrale par des plongeurs 47 qui sont chargés d'une façon continue par des moyens tels qu'une pression de fluide et qui agissent sur un prolongement 48 de la crosse adaptée à la tige de piston commune 49, laquelle tige est munie d'une goupille 50 qui est en prise avec un levier
51 monté sur l'arbre 18.
Lorsque la commande est effectuée à l'aide d'un moteur électrique, le dispositif sensible au couple comprend un moteur dit 'moteur à couple" composé d'un élément primaire 52 et d'un élément secondaire 53 munis d'enroulements co- opérants qui peuvent être analogues à ceux du stator et du rotor d'un moteur à induction, dans le but d'engendrer un couple entre les éléments* Les éléments primaire et secon- daire sont reliés entre eux par des ressorts de centrage 54 qui sont à l'état comprimé ou tendus à un degré tel que, tant qu'un moment de rotation d'amplitude donnée ne s'exerce pas entre les deux éléments, une rotation relative n'a pas lieu, et les deux éléments peuvent tourner ensemble, comme s'ils ne faisaient qu'un,
autour de l'axe 55 sur lequel ils sont tous deux montés de façon pivotante* La manette 26 est reliée par une biellette 56 à l'élément primaire 52 du 'moteur à couple", et l'élément secondaire 53 est relié par une biel- lette 57 à un levier flottant 58 pivotant d'une part sur la
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tige 59 qui actionne le distributeur du servo-moteur, et d'- autre part sur une biellette 60 articulée sur la crosse 48.
L'élément primaire 52 est excité par des transformateurs montés sur le circuit d'alimentation principal du moteur de commande 3, de sorte que le moment de rotation relatif en- tre l'élément primaire 52 et l'élément secondaire 53 est dans un certain rapport avec la charge exercée sur le moteur de commande.
Le "moteur à couple' est désexcité quand la manette
26 occupe la position neutre et il est mis en circuit à l'ai- de de contacts actionnes par cette manette, de sorte que le mouvement des éléments 52 et 53 l'un par rapport à l'autre s'effectue dans le sens correct suivant que la manette 26 est mue dans le sens de la marche avant ou dans le sens de la mar- che arrière, si on le désire, le moteur à couple" peut être accouplé par une transmission propre à. assurer une amplifica- tion mécanique plus grande dans sa commande du distributeur du servo-moteur ou de l'obturateur de commande principal.
La succession des opérations qui se produisent .pendant un cycle d'enroulement typique est la suivante. on supposera que la manette de commande soit mue de sa position neutre médiane, qui est celle représentée, à la position de pleine marche avant dans le sens propre à élever la cage char- gée. ce mouvement est transmis par l'entremise du moteur à couple"19, oscillant à la façon d'un corps plus ou moins ri- gicle, au distributeur qui est fortement déplacé vers la droi- te, par exemple. Le servo-moteur 45 est immédiatement influen- cé et ouvre en grand l'obturateur d'admission 17 sur le côté de l'unité hydraulique propre à produire la commande de marche avant et obture l'obturateur d'échappement 10a.
A mesure que la boite 4 se remplit rapidement, le couple auquel l'arbre de commande 6 est soumis augmente rapidement, et 11 en est de
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même du courant absorbé par le moteur 3 du treuil; ceci a pour effet de raire osciller l'élément secondaire 53 du 'moteur à couple", par rapport à l'élément 52 et de ramener le distribu- teur vers la gauche, le levier 51 suivant le mime mouvement et obturant partiellement l'obturateur d'admission 17.
De cet- te façon,la continuation de l'admission est limitée pendant que le treuil augmente de vitesse, le temps nécessaire pour l'accélération étant réglé à la période désignée (en supposant que la charge soit normale) par le réglage des ressorts 54 du "moteur à couple" 19, et, au moment où la pleine vitesse est atteinte, la boite 4 doit être pleine.
Au commencement de la marche à pleine vitesse, l'énergie requise pour l'accéléra- tion devient nulle, l'effet sur le moteur à couple" étant que le couple qui fait osciller l'élément 53 par rapport a l'élé- ment 52 doit diminuer, cet élément devant par conséquent être rappelé par les ressorts de centrage 54 vers sa position neutre, faisant ainsi mouvoir le distributeur et le servo-moteur vers la droite et ouvrant davantage l'obturateur d'admission 17.
Ce mouvement d'ouverture de l'obturateur d'admission, qui se continue au fur et à mesure que l'énergie diminue pendant l'enroulement en raison de l'effet bien connu de la corde d'enroulement non équilibrée, est toutefois sans importance puisque la boite 4 de l'unité hydraulique est pleine. Quand le moment correct pour la retardation se trouve atteint, le conducteur amené la manette 26 à la position neutre, ce qui fait osciller le "moteur à couple" à la façon d'un levier cou- dé plus ou moins rigide (bien qu'il se puisse que l'élément 53 soit encore déplacé par rapport à l'élément 52 si la char- ge d'enroulement était élevée) et produit le centrage du servo- moteur.
Quand la position neutre est atteinte par la manette 26, le "moteur à couple* 19 doit être désexcité, l'élément 53
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se centrant par conséquent aussitôt par rapport à l'élément 52. L'obturateur d'admission 17 est maintenant fermé et l'ob- turateur d'échappement 10a partiellement ouvert de façon à permettre à la boîte 4 de se vider. Une succession analogue d'actions s'effectuent quand le fonctionnement a lieu dans le sens opposé, et l'on se rend compte que le treuil peut facilement être commandé et manoeuvré par les mouvements de marche avant et de marche arrière de la manette.
L'avantage pratique de la commande de l'accélération obtenue automati- quement par l'emploi d'un 'moteur à, couple" est qu'on dispose d'une puissance motrice maximum pour l'accélération indépendam- ment de la charge d'où il résulte que la charge normale s'ac- célère dans la période désignée normale, tandis que des char- ges plus lourdes s'accéléreraient, par exemple en raison d'un travail non équilibré dans un temps un peu plus long (et des charges plus légères dans un temps proportionnellement plus court) sans excéder la force motrice maximum normale, comme cela. serait le cas si une vitesse d'accélération fixe était maintenue.
Une caractéristique de l'appareil de commande qui est spécialement Importante dans le cas des treuils, est que le couple maximum qui peut être transmis au tambour de treuil est dans un rapport défini avec la position de la ma- nette 26 dans son secteur, le couple augmentant en grandeur au fur et à mesure que la manette est déplacée de la position neutre vers la position de pleine marche avant ou de pleine marche arrière.
il a été mentionné que le couple moteur 19 est mis en circuit, soit pour la marche avant, soit pour la marche arrière, aussitôt que la manette est amenée à l'écart de la position neutre, et il est évident que si le treuil fonc- tionnait dans le premier sens sous une charge lourde et qu'on fasse mouvoir rapidement la manette 26 à partir de la position
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de marche avant pour l'amener en partie à la position de marche arrière, le renversement qui en résulterait du fonctionnement du "moteur à couple donnerait lieu à des difficultés, étant donné que, dans ces circonstances, la manette 26 serait placée sur le cote "marche arrière* du secteur, alors que les position du servo-moteur et de l'obturateur correspondraient, en raison du renversement du "moteur à couple", à la marche avant.
On peut obvier . cette difficulté en prévoyant (fig. 5) une pièce oscil- lante 61 munie de butées 62 et montée à proximité de la manet- te de commande 26 reliée par une biellette 63 au point médian ou au voisinage du point médian d'un levier 64 pivotant par une extrémité sur la barre 56 et par l'autre extrémité sur une biellette 65 pivotant à son tour sur un bras 66 de l'élément secondaire 53 du moteur à couple. Comme expliqué, lorsque la manette 26 est amenée de la position neutre soit à la position de marche avant, soit à la position de marche arrière, les élé- ments primaire 52 et secondaire 53 se meuvent en bloc, de sor- te que si l'on faisait mouvoir la manette 26 vers la droite, par exemple, le levier flottant 64.
oscillerait, comme indiqué, autour de son point médian, ce qui, ou bien laisserait la pièce oscillante 61 stationnaire, ou bien la ferait mouvoir légèrement, amenant ainsi la butée de gauche 62 à la position marquée en pointillé. Toutefois, lorsque le couple transmis au tambour d'enroulement augmente, les éléments primaire et se- ccndaire 52 et 53 se meuvent l'un par rapport à l'autre, et ceci a pour effet d'amener le levier 64 à la position marquée en traits mixtes et de faire ainsi osciller la pièce oscillan- te 61 d'une quantité propre à amener la butée de gauche 62 à la position indiquée, qui est telle qu'elle ne permettra à la ma- nette 26 d'être ramenée vers la position neutre que dans une mesure suffisante pour permettre à la boite correspondante 4 ou 5.d'être vidée.
si, par cette action ou pour toute autre raison,
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le couple délivré au tambour d'enroulement venait à diminuer, les éléments primaire 52 et secondaire 53 reviendraient à ou vers leur position mutuellement neutre, ce qui ferait osciller la pièce 61 jusqu'à une position propre à permettre à la manet- te 26 d'être mue jusqu'à ou vers la position neutre et, après une diminution suffisante de la charge, de continuer à se mou- voir jusqu'à la position de marche arrière. Dans ce dernier cas, la pièce oscillante est actionnée de façon correspondante dans le sens opposé et, lorsque la charge augmente, la butée de droite 62 entre en jeu pour empêcher le mouvement brusque de la manette jusqu'à la position de marche avant par l'inter- médiaire de la position neutre.
Lorsque l'un des éléments du dispositifsensible au couple est fixe (comme c'est le cas par exemple de l'appareil mécanique sensible au couple qui sera décrit ci-après et auquel s'appliquent aussi les remarques qui suivent relatives au ren- versement brusque du "moteur à couple") la manette actionnerait l'obturateur ou le servo-moteur par l'entremise d'une barre pivotant sur un levier flottant auquel l'élément mobile du dis- positif sensible au couple et la pièce oscillante 61 sont aussi reliés.
s'il est fait usage d'une machine motrice quelcon- que autre qu'un moteur électrique, par exemple d'une machine à vapeur, d'une turbine ou d'un moteur à combustion interne, ou si l'on combine un volant avec un moteur électrique ou une autre .machine motrice, auquel cas la puissance absorbée par la machine motrice ne représente pas nécessairement à tout instant la charge d'enroulement puisque le volant peut être en train d'absorber ou de délivrer de l'énergie, il est nécessaire d'em- ployer quelque dispositif sensible au couple qui ne dépende pas de l'énergie fournie à la machine motrice, et trois formes
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de réalisation d'un tel dispositif sont représentées par les ries 6, 7 et 8.
Dans la tige 6, on fait usage d'un accouplement fle- xible du type "WELLMAN-BIBBY" bien connu, préférabiement in- teroalé sur l'arbre principal 68 actionné par la machine mo- trice. un accouplement de ce type comprend ordinairement deux disques 69 portés respectivement par l'arbre moteur et l'ar- bre récepteur et munis de saillies externes autour desquel- les est monté un ressort sinueux 71, ce ressort étant nor- malement retenu en place par une boite d'acier cylindrique 72 assujettie à l'un des disques, par exemple au disque récep- teur.
Dans la mise en pratique de l'invention, des dents 73, dont la direction peut être parallèle à l'axe de l'arbre, sont formées à l'extérieur de la boite d'acier cylindrique 72, et des dents correspondantes 74, qui sont toutefois hélicofda- les, sont formées sur la périphérie d'un troisième disque 75 porté par l'arbre moteur 68. Ces deux séries de dents sont reliées par une couronne externe 77 présentant intérieure- ment des dents dont le pas et la direction correspondent à celles de la boite cylindrique 72 et du disque 75, respecti- vement. Ainsi lorsqu'un couple est transmis par l'entremise de l'accouplement, il se produit un léger déplacement angu- laire proportionnel entre les disques moteur 69 et récepteur 70, ce qui a pour effet de faire mouvoir axialement la cou- ronne externe 77 d'une distance proportionnelle au couple transmis.
A l'aide de leviers amplificateurs convenables 78 pivotant sur le disque 75 et munis de masses centrifuges (ou d'un ressort) pour solliciter continuellement la couronne 77 vers la gauche de façon à rattraper le jeu susceptible d'exis- ter, ce mouvement peut être transmis à une douille 79 agencée pour coulisser, en antagonisme à l'action d'un ressort 80, sur
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l'arbre moteur 68, et le mouvement de cette douille peut être transmis par des moyens tels qu'un collier embrassant la douille ou un levier 81 portant contre un rebord de cette douille 79 à l'obturateur d'admission principal 17, soit par l'entremise de liaisons mécaniques convenables, soit à l'aide d'un dis- positif actionne par une pression de fluide.
La commande de cet obturateur par une pression de fluide est préférable, et, à cet effet, une manivelle 82 portée par l'arbre 18 peut être reliée par une bielle 83 à un levier flottant 84 dont les ex- trémités sont reliées respectivement à la manette de commande 26 et à la tige d'un piston 85 monté avec des ressorts de cen- trage 86 dans un cylindre 87 à l'une ou l'autre des extrémités duquel du fluide sous pression peut être admis. L'admission de ce fluide à l'une ou l'autre des extrémités du cylindre 87 est déterminée par un tiroir rond ou piston-valve 88, cette admis- s ion étant régie de la manière indiquée, par le mouvement de}la manette 26, l'extrémité opposée du cylindre 87 étant en même temps reliée à l'échappement.
La source de fluide sous pression alimentant le cylindre régulateur 87 est placée sous la com- mande d'un régulateur de pression à piston-valve comprenant un cylindre 89 présentant trois lumières 90, 91, 92 reliées respectivement à la source de fluide sous pression, au cylin- dre régulateur 87 et à un réservoir d'échappement. Le piston 93 du régulateur de pression est relié au levier 81, de pré- férence par l'entremise d'un ressort amortisseur de choc 94, de sorte que sa position est déterminée par le couple transmis à l'instant envisagé, une lumière 95 formée sur la surface cylindrique de ce piston s'étendant dans une direction longi- tudinale, mais allant en se rétrécissant vers ses extrémités.
Quand aucun couple n'est transmis, ou quand le couple transmis est inférieur à une certaine valeur prédéterminée, la position
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du piston 93 dans le régulateur de pression est elie qu'au- cune communication n'existe entre la lumière 90 et les lumiè- res 91 et 92.
Toutefois, aussitôt que le couple transmis de- vient suffisant pour amener le piston 93 à une position telle que sa lumière 95 communique avec la lumière 90, du fluide sois pression peut se rendre respectivement par les lumières 91 et
92 à, la fois au cylindre régulateur 87 et au réservoir d'é- chappement. En outre, le mouvement du tiroir régulateur de pression 93 résultant de l'augmentation du couple a pour ef- fet d'augmenter la section de sa lumière 95 communiquant avec l'orifice d'entrée de fluide sous pression 90 et de diminuer la section de passage communiquant avec la lumière d'échappe- ment 92, augmentant ainsi graduellement la pression de fluide dans la lumière 91 qui aboutit au cylindre régulateur 87.
En fonctionnement, lorsqu'on fait osciller com- plètement la manette de commande principale 26 jusqu'à l'une ou l'autre des positions de marche avant ou de marche arrière, l'obturateur d'admission principal 17 s'ouvre com- plètement sur l'accouplement de marche avant ou sur l'ac- couplement de marche arrière, cette action ayant lieu par l'entremise du levier flottant 84. En même temps. le tiroir rond 88 du cylindre régulateur 87 est actionné de façon cor- respondante et, lorsque le couple transmis augmente, du fluide sous pression est admis à ce cylindre a l'aide du ré- gulateur de pression, la pression de ce fluide dépendant, cort- me décrit plus haut, de la position du piston-valve 93 dans son cylindre.
Le mouvement du piston 85 dans le cylindre ré- gulateur, et par suite la mesure dont l'obturateuroradmis- sion principal 17 a été partiellement fermé par l'entremise du levier flottant 84, dépendent de la pression du fluide admis au cylindre régulateur 87, c'est-à-dire de la position
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du tiroir rond régulateur de pression 93,position qui est à son tour déterminée par le couple transmis. Lorsqu'on ramène la manette 26 à sa position neutre, le tiroir 88 coupe l'ad- mission de fluide sous pression et fait communiquer les deux extrémités du cylindre régulateur 87 avec l'échappement.
Ce- lui, quel qu'il soit, des ressorts de centrage 86 qui a été comprimé est par conséquent rendu libre d'agir de façon à ra- mener le piston 85 à la position centrale, et l'obturateur d'- admission principal 17 est par cela même ramené à la position dans laquelle les conduits d'admission, tant de la boite 4 que de la boite 5, sont fermés. Dans l'application du mécanisme décrit relativement à la fige 5 pour empêcher un renversement trop brusque du levier 26 à cette construction de dispositif sensible au couple, la bielle 63 serait reliée au levier flot- tant 84, préférabiement en un point situé à proximité de son extrémité inférieure.
Dans la variante de la fige 7, le distributeur de commande du cylindre régulateur est d'un type usuel dans le- quel le mouvement du piston 96 vers un des côtés de sa position neutre fait communiquer la boite de distribution du cylindre régulateur 87 avec la source de fluide sous pression et le mou- vement vers l'autre côté fait communiquer cette boite avec l'- échappement. Dans ce cas, un mouvement de retour mécanique du distributeur est effectué à l'aide de la tige de piston du cylindre régulateur 87,la liaison comprenant un levier flot- tant 97 auquel le mécanisme sensible au couple est aussi re- lié, le mouvement de retour étant effectué à l'aide d'un le- vier coudé 98 disposé de telle sorte que le mouvement dérivé du cylindre régulateur 87 n'ait lieu que dans un sens, quel que soit le sens du mouvement du piston dans ce cylindre.
Lorsque l'arbre sur lequel est monté l'accouplement flexible possède une longueur considérable, comme par exemple
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si la machine motrice est située dans un bâtiment différent de celui contenant le treuil proprement dit, la torsion de cet arbre peut être utilisée pour produire ou contribuer à produire la commande ou régulation désirée* A cet effet, comme représen- té fig. 8, l'arbre moteur 99 peut être entouré par un tube 100 fixé rigidement à l'arbre en un point situé près de la machine motrice, le disque 75 portant les dents hélicoïdales 74 qui coopèrent avec la couronne externe à denture interne 77 adaptée à. l'extrémité la plus distante du tube 100.
ce dispositif peut être employé conjointement avec un accouplement flexible comme représenté, mais, dans certains cas,la torsion qui se produit d'un bout à l'autre de la longueur de l'arbre 99 entouré par le tube 100 peut être suffisante pour permettre à l'arbre d'é- tre continu, un disque à denture axiale monté sur l'arbre 99 à proximité du disque 75 adapté à l'extrémité du tube 100 étant relié à ce disque 75 par une couronne externe 77.
Dans le mécanisme de commande représenté sur les fige* 9 et 10, un cylindre 101 agencé pour être déplacé sur des glissières 102 à l'aide d'une biellette 56 reliée à la manette
26 est muni d'un piston 103 relié au levier flottant 58 du ser- vo-moteur 45, ce piston étant normalement maintenu dans une position médiane par rapport aux glissières 102 par des ressorts de centrage 104.
Le cylindre 101 est muni d'un tiroir rond 105 et de plongeurs 106 et 107 entre lesquels et le tiroir 105 scat situés des ressorts 108 et 109 à l'état comprimé. Le cylindre 101 étant complètement rempli de liquide, s'il reçoit un mouve- ment dans un sens (par exemple vers la droite), le liquide qui se trouve à gauche du piston 103 sera mis sous pression par sui- te de l'action d'un des ressorts 104 et, au moyen d'une lumière 110 dont la section de passage effective est réglable à l'aide d'une vis 111 ou moyen équivalent, du liquide sous pression vien- dra agir sur le plongeur 106 et comprimera ainsi le ressort 108.
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Toutefois, le tiroir 105 reste immobile, étant retenu par une bille 112 soumise à la pression d'un ressort et logée dans une creusure du dit tiroir, jusqu'à ce que, la pression du ressort 108 ayant atteint une pression déterminée, le tiroir
105 se meut à une vitesse relativement grande jusque une position telle qu'il fait communiquer les lumières 113 et
114, de sorte que du liquide peut passer de l'extrémité de gauche du cylindre, par les lumières 110, 115, 113, 114, 116 et 117, à l'extrémité de droite du cylindre, en permettant ainsi au piston 103 de se mouvoir vers la gauche sous l'ac- tion du ressort de droite 104 et d'effectuer ainsi la fer- meture partielle de l'obturateur d'admission 17.
Lorsque ce mouvement est terminé) le tiroir 105 est ramené à. sa posi- tion centrale par le ressort 109, et lorsque la manette 26 est amenée à la position neutre, le piston 103 peut rester au'repos sous l'action des ressorts de centrage 104 puisque le liquide peut passer librement de l'extrémité de droite à l'extrémité de gauche du cylindre 101 par l'intermédiaire d'une soupape à billes 118 qui donne accès à la lumière 113 et' de celle-ci aux lumières 115 et 110. Lorsque le levier 26 est mû vers la gauche, une action similaire à celle précédem- ment décrite se produit, mais en sens inverse.
Dans la va- riante de la fig. 11, le cylindre 101 est fixe et la biellette 56, la barre de commande 57 et la tige du piston 103 sont reliées, comme indiqué, par un levier flottant 119.
Dans ce qui précède, il a été question de l'ac- tion de freinage obtenue par le mouvement de la manette de commande de la position de marche avant à la position de mar- che arrière, action qui a pour effet de vider d.e liquide 1'- accouplement de marche avant et de remplir l'accouplement de marche arrière.
Ceci est, dans la pratique, une caractéristique importante du système de commande, étant donné que, de cette
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manière, en peut appliquer toute puissance de freinage in- verse jusqu'au couple maximum d'un moteur synchrone ou asyn- chrone tournant continuellement dans le même sens pour arrê- ter le treuil.Par exemple une caractéristique bien connue du freinage à courant inverse sur les treuils électriques triphasés est la possibilité qu'un emballage se produise dans les cas ou la charge tend à accélérer le treuil, par exemple dais l'action consistant à arrêter une charge descendante.
Dans ces conditions, si l'on ne permet à la vitesse du mo- teur que d'augmenter d'une très faible proportion pendant l'intervalle de temps pendant lequel le changement de sens s'effectue, la puissance de freinage utilisable diminue, et cette diminution augmente en fait à mesure que le levier est déplacé plus avant vers la position de marche arrière.
Avec le système hydraulique décrit, par contre, l'effet du remplissage de l'embrayage de marche arrière est simplement d'appliquer la puissance du moteur dans le sens inverse de celui dans lequel le treuil fonctionne, la puissan- ce de freinage ainsi disponible étant d'un ordre très élevé indépendamment de la vitesse d'enroulement et ayant une va- leur définie, suivant la position de la manette 26 sur le secteur. D'une façon correspondante, la vitesse de travail peut être augmentée de façon sûre, et l'impression de sécurité du conducteur dans les conditions d'urgence est augmentée.
L'opération consistant à abaisser une charge à pleine vitesse est effectuée avec régénération pour cette raison que, aussitôt que la charge a été accélérée par le rem- plissage de l'accouplement requis, cette charge commence à s'emballer s eus l'action de la pesanteur, et de la puissance est par conséquent transmise du tambour au moteur par l'inter- médiaire de l'accouplement moteur, ce qui tend à augmenter la vitesse du moteur, ce dernier se comportant par suite à la
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façon d'une génératrice restituant de l'énergie à la ligne, tout en maintenant constante la vitesse de la charge des- cendante, vers la fin de cette opération de descente, il convient que le conducteur inverse sa manette de façon à appliquer la puissance du moteur en antagonisme à la charge et à amener le treuil au repos,
la grande puissance de frei- nage disponible permettant d'effectuer ceci en toute sécu- rité* Si l'on désirait abaisser une charge embarrassante à une vitesse réduite, ceci s'effectuerait en appliquant une énergie inversée à l'aide du moteur, en antagonisme à la charge, pendant l'opération complète.
Dans ce qui précède, il a été question d'un état d'urgence qui peut se présenter dans le service d'un treuil si la force motrice vient à manquer au moment où les cages sont sur le point d'arriver à la surface à pleine vitesse, c'est-à-dire au moment où la retardation devrait normale- ment commencer.
En pareille circonstance, les freins méca- niques seraient appliqués automatiquement par l'action de l'électro de freinage mais, en raison de la vitesse éle- vée du tambour, il se pourrait que les freins mécaniques (non secondés par la force motrice renversée) soient inca- pables d'arrêter le treuil de façon sûre* En pareil cas, avec le treuil hydraulique, du liquide serait automatiquement admis à la fois au côté de marche avant et au côté de marche arrière des accouplements hydrauliques, simultanément, par le mécanisme précédemment décrit, et il en résulterait un effet de freinage hydraulique puissant (dû au fait que les éléments secondaires 4 et 5 tournent dans des sens opposés pendant qu'on coupe la distribution de l'énergie par l'organe d'en- traînement 1) propre à seconder les freins mécaniques pour amener rapidement le treuil au repos.
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En décrivant 1appareil mécanique sensible au cou- ple des figs. 6, 7 et 8s il a été fait mention de la com- binaison d'un volant avec la machine motrice. Lorsque cel- le-ci est un moteur a induction, il sera nécessaire d'inter- caler sur le circuit du rotor un régulateur à glissement ou une résistance de façon que le moteur puisse ralentir légè- rement pendant les conditions de charge en pointe et per- mettre au volant d'abandonner une partie de l'énergie qu'il a absorbée pour répondre à la demande d'énergie du réseau de distribution de puissance à. la façon du système d'enroule- ment ligner bien connu. Dans le cas où la puissance disponi- ble avec un tel équipement viendrait à. manquer, l'énergie ac- cumulée dans le volant serait disponible pour le freinage.
Quand la machine motrice est une machine à va- peur, une turbine ou un moteur à combustion interne tour- nant continuellement, l'accouplement d'un volant avec 1'- arbre moteur 99, conjointement avec l'emploi d'un régula- teur possédant des caractéristiques convenables de charge- vitesse, permettront aux charges en pointe inhérentes aux opérations d'enroulement d'être équilibrées avec une dimi- nution résultante des dimensions de la machine motrice, et lorsque celle-ci est commandée par de la vapeur, avec une diminution importante dans les dimensions de l'installation
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des chaudières et un meilleur rendement dû â l'légalisation des quantités de vapeur demandées à cette installation.
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"Improvements to hydraulic power transmission devices."
This invention relates to hydraulic power transmission apparatus for use between a continuously rotating motor and mechanisms such as winches, hauling devices or la- miners, in which it is normally necessary. to accelerate the rotational motion of a shaft from zero to full speed while it is under load, and in which frequent changes of rate are also required.
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In winches for mine cages, hauling devices and the like, it has been proposed to insert between the winch drum and the control motor capable of rotating continuously in one direction, a hydraulic transmission with variable ratio of the type in which reciprocating parts are used and in which the power is transmitted by means of a high pressure liquid acting either on plungers mounted in cylinders or against adapted fins in a rotor mounted eccentrically in an envelope, adjusting means being provided for determining the transmission ratio and the direction of control by adjusting the volume and direction of movement of the liquid delivered by a pump unit to a hydraulic motor unit.
such a mechanism is necessarily complicated and, due to the high pressures applied to limit dimensions and cost and to maintain efficiency, and given the number of exactly adjusted working parts and internal bearings employed, the Apparatus of this kind are in themselves subject to disturbances and interruptions in service.
In addition, it is found that in the large-sized models required to transmit the motive force required for large winches in modern mining conditions, devices of this type become cumbersome and expensive to an excessive degree. , and even prohibitive, and this is mainly for the purpose of obviating. these drawbacks and to establish a simpler and safer winch mechanism than the present invention has been designed.
According to the invention, the control is transmitted by means of a hydraulic coupling or speed transformer of the Fottinger type or of another type to
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turbine in which torque is transmitted kinematically, the driving pressure of the liquid is relatively low and there are no internal working parts or bearings or small working spaces under high pressure.
The above-mentioned drawbacks of the high pressure transmission apparatus are thus avoided, further that direct control of the coupling by a high speed, compact and inexpensive driving machine can be employed and obtained. on the other hand, easy maneuvering by means of a simple mechanism, by filling or emptying the coupling, as well as effective braking, both by the application of motive force and in the case where the driving force would be lacking.
In a coupling or transformer of the type mentioned, there are two elements one (called the drive member) receiving a continuous rotational movement of the prime mover, and the other (called the rotor) coupled to the mechanism to be controlled , a torque being transmitted from one element to the other hydraulically when water or other liquid is admitted to the casing. The liquid collected by the rotating drive member is delivered at a high speed, by its periphery, into the rotor, where it strikes the blades of the rotor and turns the latter, the liquid leaving the rotor near its center. and returning to the inlet of the driver.
The torque exerted by the rotor varies with the quantity of liquid contained in the casing and with the speed of the rotor corresponding to the resistance of the receiver mechanism, the adjustment being effected by intake and exhaust shutters. In devices such as winches or the like, the simple act of opening and closing said shutters is not ideal for controlling the hydraulic unit when the latter is coupled to the hydraulic unit.
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drum and cages which have considerable inertia and in which the time required for acceleration is correspondingly long.
The liquid inlet velocity could be limited so that the envelope fills relatively slowly, in order to provide the desired time for the acceleration of the receiver shaft without subjecting the prime mover to an excessive load (such as this would happen if the box filled up quickly);
but, with a limited intake of liquid, too long an interval of time elapses between the instant of opening of the intake shutter (and the closing of the exhaust shutter). ) and the instant at which the quantity of liquid admitted is sufficient to transmit the torque required to start the load from the rest position, and therefore, in order to reduce to a negligible value the said interval of time and effect the subsequent acceleration of the load without overloading the prime mover, according to the invention, a control mechanism is provided by which the inlet is first opened wide in order to allow the liquid to enter rapidly. in the hydraulic unit box and through which,
As soon as the required high torque has been developed to start the mechanism from rest, the intake is limited to complete filling relatively slowly, so as to extend the acceleration period over any desired short time interval. For this purpose, the intake shutter can be placed under the joint control of a control handle and a device influenced by the developed torque or other mechanism arranged to give the desired variation of the torque. opening of the shutter, the lever having the role of opening the shutter initially, and said device having the role of automatically varying the opening in accordance with the requirements.
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In order to put the invention into practice, two of the aforesaid clutches or hydraulic couplings can be employed, the prime mover (which may be an electric motor continuously rotating in the same direction at full speed) being coupled to the primary element. or drive member of one of the clutches to give forward gear and being coupled by way of a reversing gear to the primary element or drive member of the other clutch to give reverse gear, so that the two drive members rotate in opposite directions at the same speed. The winch drum or other mechanism is coupled with each of the secondary elements or rotors of the clutches, which preferably have the same capacity.
Alternatively, the primary elements of the two hydraulic units can be actuated in the same direction by the drive motor, while the secondary element of the first unit would be coupled to the drum shaft and the secondary element of the drum. second unit would actuate said shaft through an intermediate gear to give the direction of the desired reverse movement.
In a convenient embodiment of this type of apparatus the two hydraulic units can be combined into a single structure having a common primary element.
In another variant, the hydraulic units can be one of the type rotating in forward direction and the other of the internally reversible type such as that commonly used for the propulsion of ships, the secondary elements of the two units then being connected to each other. a common pinion meshing with a toothed wheel mounted on the drum shaft.
The means for producing the desired control of the shutters of the hydraulic unit may include an influenced device, electric.
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trially or mechanically) by the torque transmitted, to the receiver shaft, or by a spring mechanism arranged to act through a cylinder and piston apparatus charged with a suitable liquid. Any such device is interposed between the control handle and the shutter control mechanism, or, in the case of large units in which the shutters are actuated by means of a servomotor, between the latter. and either the control lever or the shutter mechanism.
In the accompanying drawings which show by way of example the application to a winch:
Fig. 1 shows more or less schematically the general arrangement of the control by means of two hydraulic units of the above-mentioned combined type, with a reduction gear interposed between them and the winch drum;
Figs. 2 and 3 respectively show in side view and in plan a suitable control mechanism intended for an installation employing a hydraulic unit of the type mentioned, the hydraulic unit itself and the inlet ducts connected thereto being shown in dotted lines. .
Fig. 4 is a fragmentary view of the mechanism regulating the escapement.
Fig. 5 schematically shows a control arrangement employing a servo motor and a mechanism for delaying the shifting action.
]liege. 6, 7 and 8 show three forms of control apparatus mechanically influenced by the torque transmitted.
Figs. 9, 10 and 11 show two examples of shutter control devices, spring actuated devices combined with a cylinder and piston mechanism.
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In the rod 1, the clutch or hydraulic coupling is of the type comprising a central drive member
1 mounted on a shaft 2 directly coupled to the drive motor 3, forward 4 and reverse 5 rotors being mounted respectively on hollow shafts 6 and 7 which also carry pinions 8 and 9. One of the rotors 4 or 5 is actuated in the same direction as the drive member 1, depending on that of the sides of the hydraulic unit which is filled with liquid, the unit being emptied by exhaust ports located at its periphery and controlled by rings
10a and 10b arranged to be axially mils by any suitable mechanism.
The pinion 8 meshes directly with a toothed wheel mounted on a shaft 12, and the pinion 9 actuates a toothed wheel 13, also mounted on the shaft 12, through an intermediate pinion 14. Finally, a Pinion 15 mounted on shaft 12 meshes with a toothed wheel 16 which in turn is mounted on the shaft of the winch drum or actuates this shaft in any other desired manner. As an alternative, the shaft 12 may be coupled directly to the shaft of the drum.
By rotating the hydraulic unit at the relatively high speed of the motor 3, its dimensions are so small that it becomes possible to manually operate its intake shutter 17 and the sliding rings 10a and
10b which behave in the manner of exhaust shutters, a device suitable for enabling this control to be carried out being indicated on figs * 2 to 4. The main intake shutter 17 is actuated by a shaft 18 on which is mounted one of the elements of a device 19 influenced by a torque or an equivalent device, as described below in more detail.
The other element of the torque-sensitive device, hereinafter referred to as a torque motor, 19 is connected by a
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connecting rod 20, cranks 21 and 22 carried by a rocking shaft 23, a connecting rod 24 and a crank 25 to a handle or hand control lever 26; the shaft 18 also serves to actuate the exhaust shutter as will be seen below. Alternatively, shaft 18 could be connected directly to lever 26 with the torque motor or the like being omitted. This winch control system lends itself to the use of couplings for braking. emergency (as for example when the power is lacking during the operation of the winch), which is obtained by simultaneously filling the two couplings.
To adapt the combined shape of the hydraulic unit so that it acts like a brake, the two rings 10a and 10b, the neutral position of which, shown in freeze 4, is such that it allows both sides of the unit to empty, are provided with ledges 27 arranged to be subjected to the action of forked pieces 28 mounted respectively on threaded parts of right-hand and left-hand pitch. shaft 29. This shaft is mounted in bearings 30 so that it can be moved angularly or longitudinally, and it is embraced by a fork 31 arranged to rest on collars 32 of the shaft. The fork 31 is subject to, or was integral with, an eccentric 33 mounted on the shaft 18.
Thus, when this shaft is rotated by means of the control lever 26, the turntable 31 oscillates in one direction or the other, causing in its movement the shaft 29, the forks 28 and the rings 10a and 10b, which closes the exhaust openings of one of the hydraulic units and opens those of the other. When it is desired that the hydraulic unit behave like a trein while simultaneously filling both sides, the shaft 29 is turned, which has the effect of bringing the forks 28 closer to one of the other and to close the two opening sets of
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clapping.
The rotation of the shaft 29 is conveniently effected by means of a crank 34 mounted on this shaft and actuated by a link 35 and by a crank 36 which is mounted on an intermediate shaft 37 and is arranged for receive an oscillating movement of a lever 38 actuated by braking weights 39 which can be released by the control of the lever 26 or, as shown in FIGS.
2 and 3 by a latch 40 actuated by the emergency release mechanism normally provided on such installations, which mechanism comes into action when, for example, the motive force or the air supply comes into play. default. A ring 41 carried by the braking weights 39 surrounding an extension 42 of the lever 26 returns this lever to the neutral position when the weights are lowered. At the same time a switch 43 serving to admit liquid simultaneously to both sides of the hydraulic unit is opened by the intermediate shaft 37 by means of angle gears 44.
The brake weights 39 are arranged to slide in an air dash-pot cylinder in which atmospheric pressure normally prevails, so that, after their unlocking, their descent takes place first rapidly, then air. compressed below the piston 39 retards the fall speed, the shutter 43 being opened wide by this initial movement so as to ensure rapid initial filling of the couplings. The downward movement of the weights is then completed slowly while the air escapes from the lower part of the piston, this complementary movement having the effect of making the shutter 43 turn beyond its open position. maximum, which ensures the completion of the filling of the couplings at a restricted speed.
As emerges from figs. 2 and 3, the means for actuating the sliding rings 10a and 10b are preferably provided in duplicate or applied at three points of the circumference.
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As shown in Fig. 5, if the hydraulic unit has dimensions such that its shutters cannot conveniently be directly controlled by the handle 26, a servo motor 45 can be interposed between the "torque motor * 19 or equivalent device and either the shaft 18, as shown, or the lever 26.
The fluid pressure servomotor comprises two cylinders 46 placed along the axis marl and in opposite directions and provided with pistons normally held in a central position by plungers 47 which are loaded continuously by means such as fluid pressure and which act on an extension 48 of the butt adapted to the common piston rod 49, which rod is provided with a pin 50 which is engaged with a lever
51 mounted on shaft 18.
When the control is carried out by means of an electric motor, the torque-sensitive device comprises a motor called a 'torque motor' composed of a primary element 52 and a secondary element 53 provided with co-operating windings. which can be similar to those of the stator and the rotor of an induction motor, with the aim of generating a torque between the elements * The primary and secondary elements are interconnected by centering springs 54 which are at the state compressed or stretched to such a degree that, as long as a torque of a given amplitude is not exerted between the two elements, a relative rotation does not take place, and the two elements can rotate together, as if they were one,
around the axis 55 on which they are both pivotally mounted * The handle 26 is connected by a link 56 to the primary element 52 of the 'torque motor', and the secondary element 53 is connected by a connecting rod - lette 57 with a floating lever 58 pivoting on the one hand on the
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rod 59 which actuates the servo-motor distributor, and secondly on a rod 60 articulated on the bracket 48.
The primary element 52 is energized by transformers mounted on the main power supply circuit of the drive motor 3, so that the relative torque between the primary element 52 and the secondary element 53 is within a certain range. relation to the load exerted on the drive motor.
The 'torque motor' is de-energized when the lever
26 occupies the neutral position and is switched on by means of contacts actuated by this lever, so that the movement of the elements 52 and 53 relative to each other takes place in the correct direction depending on whether the handle 26 is moved in the forward direction or in the reverse direction, if desired, the torque motor "may be coupled by a transmission suitable for providing mechanical amplification. larger in its control of the servo motor distributor or main control shutter.
The sequence of operations which occur during a typical winding cycle is as follows. it will be assumed that the control lever is moved from its middle neutral position, which is that shown, to the full forward position in the direction suitable for raising the loaded cage. this movement is transmitted by means of the torque motor "19, oscillating like a more or less rigid body, to the distributor which is moved strongly to the right, for example. The servomotor 45 is immediately influenced and opens wide the intake shutter 17 on the side of the hydraulic unit capable of producing the forward drive and closes the exhaust shutter 10a.
As box 4 fills up quickly, the torque to which the drive shaft 6 is subjected increases rapidly, and 11 is
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even the current absorbed by the motor 3 of the winch; this has the effect of causing the secondary element 53 of the 'torque motor' to oscillate with respect to the element 52 and to return the distributor to the left, the lever 51 following the same movement and partially closing the shutter admission 17.
In this way, the continuation of the intake is limited while the winch is increasing in speed, the time required for acceleration being adjusted to the designated period (assuming the load is normal) by the adjustment of the springs. of the "torque motor" 19, and, when full speed is reached, gearbox 4 must be full.
At the start of running at full speed, the energy required for acceleration becomes zero, the effect on the torque motor "being that the torque which causes element 53 to oscillate relative to element 52 must decrease, this element must therefore be returned by the centering springs 54 to its neutral position, thus moving the distributor and the servomotor to the right and further opening the intake shutter 17.
This opening movement of the intake shutter, which continues as energy decreases during winding due to the well-known effect of the unbalanced winding rope, is however without important since box 4 of the hydraulic unit is full. When the correct time for the delay is reached, the driver moves the lever 26 to the neutral position, which causes the "torque motor" to oscillate like a more or less rigid angled lever (although element 53 may still be displaced relative to element 52 if the winding load was high) and cause centering of the servomotor.
When the neutral position is reached by the handle 26, the "torque motor * 19 must be de-energized, element 53
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therefore immediately centering with respect to element 52. Intake shutter 17 is now closed and exhaust shutter 10a partially open so as to allow box 4 to empty. A similar succession of actions takes place when the operation takes place in the opposite direction, and it is realized that the winch can easily be controlled and maneuvered by the forward and reverse movements of the joystick.
The practical advantage of controlling the acceleration obtained automatically by the use of a 'torque motor' is that maximum motive power is available for acceleration regardless of the load. 'where it results that the normal load accelerates in the period designated normal, while heavier loads would accelerate, for example due to unbalanced work in a somewhat longer time (and lighter loads in a proportionately shorter time) without exceeding the normal maximum driving force, as would be the case if a fixed acceleration rate were maintained.
A characteristic of the control apparatus which is especially important in the case of winches is that the maximum torque which can be transmitted to the winch drum is in a definite relation to the position of the stalk 26 in its sector, the torque increasing in magnitude as the joystick is moved from neutral to full forward or full reverse.
it has been mentioned that the engine torque 19 is switched on, either for forward or reverse, as soon as the lever is brought away from the neutral position, and it is evident that if the winch operates - operated in the first direction under a heavy load and that the lever 26 was moved quickly from the position
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forward to bring it partly to the reverse position, the reversal which would result from the operation of the torque motor would give rise to difficulties, since in these circumstances the lever 26 would be placed on the side. "reverse * of the sector, while the position of the servomotor and the shutter would correspond, due to the reversal of the" torque motor ", to the forward drive.
We can obviate. this difficulty by providing (fig. 5) an oscillating part 61 provided with stops 62 and mounted near the control handle 26 connected by a rod 63 to the midpoint or in the vicinity of the midpoint of a lever 64 pivoting at one end on bar 56 and at the other end on a rod 65 pivoting in turn on an arm 66 of the secondary element 53 of the torque motor. As explained, when the lever 26 is brought from the neutral position either to the forward position or to the reverse position, the primary 52 and secondary 53 elements move as a block, so that if the 'the lever 26 was moved to the right, for example, the floating lever 64.
would oscillate, as indicated, around its midpoint, which would either leave the oscillating part 61 stationary, or else cause it to move slightly, thereby bringing the left stopper 62 to the position marked in dotted lines. However, as the torque transmitted to the winding drum increases, the primary and secondary elements 52 and 53 move relative to each other, and this has the effect of bringing the lever 64 to the marked position. in phantom lines and thus cause the oscillating part 61 to oscillate by an amount capable of bringing the left stop 62 to the position indicated, which is such that it will not allow the stalk 26 to be brought back towards the neutral position only to a sufficient extent to allow the corresponding box 4 or 5 to be emptied.
if, by this action or for any other reason,
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the torque delivered to the winding drum were to decrease, the primary 52 and secondary 53 elements would return to or towards their mutually neutral position, which would oscillate the part 61 to a position suitable for allowing the lever 26 to '' be moved to or towards the neutral position and, after sufficient reduction of the load, continue to move to the reverse position. In the latter case, the oscillating part is actuated correspondingly in the opposite direction and, as the load increases, the right stopper 62 comes into play to prevent sudden movement of the joystick to the forward position by the 'intermediary of the neutral position.
When one of the components of the torque-sensitive device is fixed (as is the case, for example, of the mechanical torque-sensitive device which will be described below and to which also apply the following remarks relating to overturning of the "torque motor") the lever would actuate the shutter or the servomotor by means of a bar pivoting on a floating lever to which the movable element of the torque-sensitive device and the oscillating part 61 are also connected.
if use is made of any prime mover other than an electric motor, for example a steam engine, a turbine or an internal combustion engine, or if a combination of a flywheel with an electric motor or other prime mover, in which case the power absorbed by the prime mover does not necessarily represent the winding load at all times since the flywheel may be absorbing or delivering energy , it is necessary to employ some device sensitive to the torque which does not depend on the energy supplied to the driving machine, and three forms
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embodiments of such a device are represented by lines 6, 7 and 8.
In the rod 6, use is made of a flexible coupling of the well-known "WELLMAN-BIBBY" type, preferably intercoated on the main shaft 68 operated by the driving machine. a coupling of this type usually comprises two discs 69 carried respectively by the driving shaft and the receiving shaft and provided with external projections around which is mounted a sinuous spring 71, this spring being normally held in place by a cylindrical steel box 72 secured to one of the discs, for example to the receiver disc.
In the practice of the invention, teeth 73, the direction of which may be parallel to the axis of the shaft, are formed outside the cylindrical steel box 72, and corresponding teeth 74, which are however helical, are formed on the periphery of a third disc 75 carried by the motor shaft 68. These two series of teeth are connected by an outer ring 77 internally having teeth whose pitch and direction correspond to those of the cylindrical box 72 and of the disc 75, respectively. Thus when a torque is transmitted through the coupling, a slight proportional angular displacement occurs between the motor 69 and receiver discs 70, which has the effect of causing the outer crown 77 to move axially. by a distance proportional to the torque transmitted.
Using suitable amplifying levers 78 pivoting on the disc 75 and fitted with centrifugal masses (or a spring) to continuously urge the crown 77 to the left so as to take up any play that may exist, this movement can be transmitted to a sleeve 79 arranged to slide, in antagonism to the action of a spring 80, on
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the motor shaft 68, and the movement of this sleeve can be transmitted by means such as a collar embracing the sleeve or a lever 81 bearing against a rim of this sleeve 79 to the main intake shutter 17, or by through suitable mechanical connections, or by means of a device actuated by fluid pressure.
The control of this shutter by a fluid pressure is preferable, and, for this purpose, a crank 82 carried by the shaft 18 can be connected by a connecting rod 83 to a floating lever 84, the ends of which are respectively connected to the shaft. control lever 26 and to the rod of a piston 85 mounted with centering springs 86 in a cylinder 87 at either end of which fluid under pressure can be admitted. The admission of this fluid to either end of cylinder 87 is determined by a round spool or piston-valve 88, this admission being governed as indicated by the movement of the lever. 26, the opposite end of cylinder 87 being at the same time connected to the exhaust.
The source of pressurized fluid supplying the regulating cylinder 87 is placed under the control of a piston-valve pressure regulator comprising a cylinder 89 having three ports 90, 91, 92 respectively connected to the source of pressurized fluid, to the regulator cylinder 87 and to an exhaust tank. The piston 93 of the pressure regulator is connected to the lever 81, preferably by means of a shock-absorbing spring 94, so that its position is determined by the torque transmitted at the instant considered, a light 95 formed on the cylindrical surface of this piston extending in a longitudinal direction, but tapering towards its ends.
When no torque is transmitted, or when the transmitted torque is less than a certain predetermined value, the position
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Of the piston 93 in the pressure regulator, there is no communication between lumen 90 and lumens 91 and 92.
However, as soon as the torque transmitted becomes sufficient to bring the piston 93 to a position such that its lumen 95 communicates with the lumen 90, fluid under pressure can flow through the ports 91 and respectively.
92 to both the regulator cylinder 87 and the exhaust tank. Furthermore, the movement of the pressure regulating spool 93 resulting from the increase in torque has the effect of increasing the section of its lumen 95 communicating with the pressurized fluid inlet 90 and decreasing the section. of passage communicating with the exhaust port 92, thereby gradually increasing the fluid pressure in the port 91 which terminates in the regulating cylinder 87.
In operation, when the main control handle 26 is fully oscillated to either forward or reverse position, the main intake shutter 17 opens fully. fully on the forward coupling or on the reverse coupling, this action taking place by means of the floating lever 84. At the same time. the round slide 88 of the regulating cylinder 87 is actuated correspondingly and, when the transmitted torque increases, pressurized fluid is admitted to this cylinder using the pressure regulator, the pressure of this fluid depending, as described above, of the position of the piston-valve 93 in its cylinder.
The movement of the piston 85 in the regulating cylinder, and hence the extent to which the main intake shutter 17 has been partially closed by the floating lever 84, depend on the pressure of the fluid admitted to the regulating cylinder 87, that is to say from the position
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of the round pressure regulator spool 93, a position which is in turn determined by the torque transmitted. When the lever 26 is returned to its neutral position, the spool 88 cuts off the supply of pressurized fluid and communicates the two ends of the regulating cylinder 87 with the exhaust.
Whichever of the centering springs 86 has been compressed is therefore made free to act so as to return the piston 85 to the central position, and the main intake shutter 17 is thereby returned to the position in which the inlet ducts, both of box 4 and of box 5, are closed. In applying the mechanism described in connection with pin 5 to prevent too sudden a reversal of lever 26 to this torque-sensitive device construction, connecting rod 63 would be connected to floating lever 84, preferably at a point close to. its lower end.
In the variant of fig 7, the regulating cylinder control distributor is of a usual type in which the movement of the piston 96 towards one of the sides of its neutral position causes the distribution box of the regulating cylinder 87 to communicate with the valve. source of pressurized fluid and movement to the other side communicates this box with the exhaust. In this case, a mechanical return movement of the distributor is effected with the aid of the piston rod of the regulating cylinder 87, the link comprising a floating lever 97 to which the torque sensitive mechanism is also linked, the movement return being effected by means of an elbow lever 98 arranged such that the movement derived from the regulating cylinder 87 takes place only in one direction, whatever the direction of movement of the piston in this cylinder.
When the shaft on which the flexible coupling is mounted has a considerable length, for example
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if the prime mover is located in a building different from that containing the winch proper, the torsion of this shaft can be used to produce or help produce the desired control or regulation * For this purpose, as shown in fig. 8, the motor shaft 99 may be surrounded by a tube 100 rigidly fixed to the shaft at a point located near the prime mover, the disc 75 carrying the helical teeth 74 which cooperate with the external ring gear with internal teeth 77 adapted to . the far end of tube 100.
this device can be employed in conjunction with a flexible coupling as shown, but in some cases the twisting which occurs throughout the length of shaft 99 surrounded by tube 100 may be sufficient to allow with the shaft being continuous, an axially toothed disc mounted on the shaft 99 near the disc 75 adapted to the end of the tube 100 being connected to this disc 75 by an external ring 77.
In the control mechanism shown in figs * 9 and 10, a cylinder 101 arranged to be moved on slides 102 by means of a link 56 connected to the lever
26 is provided with a piston 103 connected to the floating lever 58 of the servomotor 45, this piston being normally maintained in a median position with respect to the slides 102 by centering springs 104.
The cylinder 101 is provided with a round slide 105 and plungers 106 and 107 between which and the drawer 105 scat located springs 108 and 109 in the compressed state. The cylinder 101 being completely filled with liquid, if it receives a movement in one direction (for example towards the right), the liquid which is to the left of the piston 103 will be put under pressure by following the action. of one of the springs 104 and, by means of a slot 110 whose effective passage section is adjustable using a screw 111 or equivalent means, pressurized liquid will act on the plunger 106 and compress thus the spring 108.
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However, the drawer 105 remains stationary, being retained by a ball 112 subjected to the pressure of a spring and housed in a recess of said drawer, until, the pressure of the spring 108 having reached a determined pressure, the drawer
105 moves at a relatively high speed to a position such that it communicates the lights 113 and
114, so that liquid can pass from the left end of the cylinder, through ports 110, 115, 113, 114, 116, and 117, to the right end of the cylinder, thereby allowing piston 103 to move. move to the left under the action of the right spring 104 and thus effect the partial closing of the intake shutter 17.
When this movement is completed) the drawer 105 is brought back to. its central position by the spring 109, and when the lever 26 is brought to the neutral position, the piston 103 can remain in position under the action of the centering springs 104 since the liquid can pass freely from the end of the valve. right to the left end of cylinder 101 via a ball valve 118 which gives access to the lumen 113 and 'therefrom to the lumens 115 and 110. When the lever 26 is moved to the left, an action similar to that described above occurs, but in the opposite direction.
In the variant of FIG. 11, the cylinder 101 is fixed and the link 56, the control bar 57 and the piston rod 103 are connected, as shown, by a floating lever 119.
In the foregoing, reference has been made to the braking action obtained by the movement of the control lever from the forward position to the reverse position, an action which has the effect of emptying liquid. 1'- forward coupling and fill the reverse coupling.
This is, in practice, an important characteristic of the control system, since, of this
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In this way, any reverse braking power can be applied up to the maximum torque of a synchronous or asynchronous motor continuously rotating in the same direction to stop the winch. For example a well-known feature of reverse current braking on three-phase electric winches is the possibility of wrapping occurring in cases where the load tends to accelerate the winch, for example in the action of stopping a descending load.
Under these conditions, if the engine speed is only allowed to increase by a very small proportion during the time interval during which the change of direction takes place, the usable braking power decreases, and this decrease in fact increases as the lever is moved further forward to the reverse position.
With the hydraulic system described, on the other hand, the effect of filling the reverse clutch is simply to apply the engine power in the opposite direction to that in which the winch is operating, the braking power thus available. being of a very high order regardless of the winding speed and having a defined value, depending on the position of the lever 26 on the sector. Correspondingly, the working speed can be increased safely, and the driver's sense of safety under emergency conditions is increased.
The operation of lowering a load to full speed is carried out with regeneration for this reason that, as soon as the load has been accelerated by the filling of the required coupling, that load begins to revert upon action. gravity, and power is therefore transmitted from the drum to the motor through the motor coupling, which tends to increase the speed of the motor, the latter behaving as a result of the
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like a generator restoring energy to the line, while maintaining constant the speed of the descending load, towards the end of this lowering operation, the driver should reverse his lever so as to apply the power of the engine in antagonism to the load and to bring the winch to rest,
the great braking power available to do this safely * If one wished to lower an embarrassing load at a reduced speed, this would be done by applying reverse energy to the motor, antagonism to the charge, during the complete operation.
In the foregoing, reference has been made to a state of emergency which can arise in the operation of a winch if the motive force is lacking when the cages are about to come to the surface at full speed, that is, when the delay should normally start.
In such a circumstance, the mechanical brakes would be applied automatically by the action of the electro-braking system but, due to the high speed of the drum, it is possible that the mechanical brakes (not assisted by the reverse driving force ) are unable to safely stop the winch * In such a case, with the hydraulic winch, fluid would automatically be admitted to both the forward and reverse side of the hydraulic couplings, simultaneously, by the mechanism previously described, and a powerful hydraulic braking effect would result (due to the fact that the secondary elements 4 and 5 turn in opposite directions while the distribution of energy by the drive member is cut off. 1) suitable for assisting the mechanical brakes to quickly bring the winch to rest.
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In describing the torque-sensitive mechanical apparatus of FIGS. 6, 7 and 8s mention was made of the combination of a flywheel with the prime mover. When this is an induction motor, it will be necessary to inter- place a slip regulator or a resistor in the rotor circuit so that the motor can slow down slightly during peak load conditions and allow the steering wheel to give up part of the energy it has absorbed to meet the energy demand of the power distribution network. the way of the well-known line winding system. In the event that the power available with such equipment comes to. fail, the energy accumulated in the flywheel would be available for braking.
Where the prime mover is a continuously rotating steam machine, turbine or internal combustion engine, coupling a flywheel with drive shaft 99, together with the use of a regulator. a motor having suitable load-speed characteristics, will allow the peak loads inherent in winding operations to be balanced with a resulting reduction in the dimensions of the prime mover, and when the latter is controlled by steam, with a significant reduction in the dimensions of the installation
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boilers and better efficiency due to the equalization of the quantities of steam required from this installation.
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