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Installation de triage avec locomotive élec- trique commandée à distance et pouvant aussi être manoeu- vrée du poste du mécanicien.
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Le refoulement des trains par dessus le dos d'âne dans les gares de triage se fait presque exclusive- ment au moyen de locomotives à vapeur ou de locomotives électriques occupées par un mécanicien. Un rendement ma- ximum des gares de triage ne peut être obtenu dans le re- foulement ou la poussée des convois, que lorsque la vi- tesse de poussée est aussi grande que possible. La gran- deur de la vitesse de poussée est déterminée par le temps nécessaire pour manoeuvrer les changements entre deux wa- gons ou groupes de wagons descendant. La vitesse de pous- sée peut être d'autant plus grande que le nombre de wagons descendant simultanément est plus élevé.
Elle passe au minimum lors de la descente de wagons Individuels., La
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vitesse maximum admissible, et en conséquence la vitesse désirée, ne peut être estimée que par le chef-manoeuvre surveillant la descente et se trouvant sur le sommet du dos d'âne, mais non pas par le mécanicien de la locomoti- ve. C'est pourquoi on a déjà employé des dispositifs de signal optiques et électriques qui ont pour but d'assurer une compréhension entre le chef-manoeuvre et le mécani- cien de la locomotive. Mais on ne peut ainsi assurer une communication parfaite entres ces deux personnes, car les signaux ne sont pas toujours sûrement perçus ou entendus par le mécanicien, ou bien ils sont mal compris.
On ne peut obtenir un rendement maximum d'une installation de dos d'âne que du fait que le chef-manoeuvre peut régler la vitesse du train à pousser, directement et non pas en passant par des installations de signal. Dans ce but, on a déjà proposé différentes constructions, mais en raison de l'insécurité de fonctionnement, ou du prix trop élevé, elles n'ont pas été réalisées.
L'objet de la présente invention est une ins- tallation de triage avec locomotive électrique à courant continu, commandée à distance. L'invention consiste en ce qu'une source de courant disposée sur la locomotive excite toujours de manière étrangère le ou les moteurs de marche, et que la direction de rotation et le nombre de tours de ces moteurs peuvent être réglés,dans des limi- tes étendues, d'un poste stationnaire en agissant sur la tension de l'induit, par exemple à l'aide d'un groupe de Leonard.
Il faut noter qu'on a déjà assuré l'excitation des moteurs de marche d'un véhicule par une source de courant stationnaire ou par une batterie d'accumulateurs située sur le véhicule. Pour l'amenée du courant excita- teur de la source de courant stationnaire à la locomotive, il faut prévoir des rails auxiliaires articuliers. Lors de l'emploi d'une batterie d'accumulateurs.particulière @
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pour l'excitation, on prévoit un réglage et un renverse- ment du courant qui exigent un opérateur sur la locomoti- ve.
La présente invention a pour but d'établir pour le service de triage une locomotive électrique commandée à distance, donc une locomotive qui roule sans mécanicien, ni opérateur, et dont le fonctionnement est complètement d'un emplacement stationnaire. On a prévu dans ce but une seule amenée de courant (monopolaire), car toute autre amenée de courant ne peut en pratique pas être établie de manière à fonctionner sûrement pour les nombreux change- ments de l'installation de triage, ou empêche le franchis- sement des voies. La batterie d'accumulateurs prévue sur la locomotive assure une excitation étrangère égale des moteurs de marche; en conséquence l'amenée particulière du courant excitateur est supprimée.
De plus, la tension conduite aux moteurs de marche peut être calculée, à l'ai- de du groupe de Leonard, conformément aux besoins du dé- marrage, et la direction de marche de la locomotive peut être déterminée par le choix de la direction de courant.
L'objet de la présente invention représente pour le triage un moyen auxiliaire qui permet des rendements maxima dans les opérations de poussée. On réalise des économies de par la suppression du personnel de la locomo- tive, et on supprime les difficultés qui existent actuel- lement, notamment par temps bouché, pour la compréhension entre le chef-manoeuvre et la locomotive de poussée et qui nuisaient fortement au service.
L'invention sera explicitement décrite dans ce qui va suivre en se reportant à un exemple d'exécution.
La fig. 1 montre la disposition fondamentale de l'installation., On a représenté sur la droite de cette fi- gure la voie ou le système de voies que la locomotive doit parcourir, et à gauche, à plus grande échelle, les trans- formateurs d'alimentation U et UR, avec les câbles et
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conducteurs menant aux conducteurs de ligne. Le système de voies est divisé en trois sections, dont les conduc- teurs de ligne sont séparés par des interrupteurs de sec- tion et peuvent être alimentés séparément par les trans- formateurs. Cette subdivision a pour but de permettre de savoir en tous temps où se trouve la locomotive et de pouvoir agir du poste de commande DS, conformément à l'utilisation momentanée, sur cette locomotive sur les diverses sections de voie isolées électriquement.
Le pos- te DS se trouve en général aux points les plus élevés du dos d'âne. Pour simplifier leur service on peut dis- poser les transformateurs au poste de commande même. Mais rien ne s'oppose à ce qu'on monte les transformateurs en un autre emplacement quelconque lorsque les conditions locales l'exigent. Le service se fait alors du poste de commande au moyen d'une commande à distance quelconque.
Le transformateur UR a pour but de ramener la locomotive qui a complètement poussé son convoi, afin qu'elle puisse de nouveau se placer derrière un autre train à pousser. Comme la marche de retour est une mar- che à vide, il suffit dans ce but d'une énergie moindre et le transformateur UR peut être plus petit que le transformateur U. Entre temps un deuxième train est de nouveau poussé au moyen de ce transformateur U, de sorte qu'il ne se produit pas de pauses dans le service de triage. Les divers circuits sont évidemment bloqués les uns par rapport aux autres, de manière à éviter absolu- ment des couplages erronés et des couplages en double, ce qui peut être réalisé sans difficultés à l'aide de moyens connus.
Afin d'établir pour chaque voie, ou section de voie, qui doit être desservie indépendamment des autres, une seule ligne d'amenée de courant (un troisième rail ou une ligne aérienne), la disposition de la locomotive est dtaprès la fig. 2 telle que sa vitesse ne dépend que Il
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de la tension dans la ligne de marche, et sa direction d'avancement que de la direction de courant dans cette ligne. Ce résultat s'obtient du fait que la locomotive est propulsée par un ou plusieurs moteurs à excitation étrangère; le courant excitateur est fourni par une source de courant indépendante du courant de marche, par exemple une batterie B.
Le nombre de tours de l'induit et en conséquence la vitesse et la direction de mouve- ment de la locomotive dépendent donc seulement de la grandeur et de la direction de la tension d'induit. Dès que le courant d'induit est coupé, l'aimant de dégagement de frein M est privé de courant et la locomotive s'ar- rête. En conséquence, au passage d'une section de voie à l'autre, elle s'arrêtera et n'avancera dans la direction, à ce moment désirée, qu'après réception d'un nouvel ordre.
La locomotive se trouve donc toujours en main de l'opéra- teur au poste de commande. Il est parfois désirable que le retour de la locomotive déchargée se fasse plus rapi- dement que la marche avant. Ce résultat s'obtient d'après la fig. 2 du fait que l'enroulement d'un relais polarisé PR est monté en parallèle à l'induite dans une direction de courant ce relais intercale .'indirectement ou directe- ment une résistance W dans le circuit excitateur des moteurs de marche, de sorte que l'excitation est affai- blie et que la vitesse augmente.
Si on se heurtait à des difficultés pour équiper certaines parties du système de voies, par exemple l'ins- tallation de changements, avec une arrivée de courant, on peut néanmoins employer la disposition décrite, en don- nant à la batterie prévue sur la locomotive pour l'exci- tation, des dimensions si grandes qu'elle puisse fournir le courant pour ces parties qui en général ne sont fran- chies que par la locomotive déchargée. En pareil cas,il faudrait disposer par exemple dans l'installation repré- sentée sur la fig. 1, dans la section de voie II et au
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passage de 1 à II, des butées A à hauteur de la voie, butées qui rabattent le permutateur US (fig. 2) dans la direction de marche désirée pour la voie ou la ligne d'a- menée.
De plus, il faudrait prendre une disposition telle que le courant d'induit soit en même temps permuté de la prise de courant sur la batterie, ce qui peut se faire indirectement ou directement par exemple au moyen d'un interrupteur auxiliaire k 1 prévu sur la prise de courant. Dans ce cas, il faudrait monter dans le conducteur menant de la batterie au circuit d'induit,un démarreur automatique (Anl). Cette disposition assurera dans de nombreux cas une réduction du prix et une simpli- fication de l'installation.
Pour ne pas être obligé d'enlever du service la locomotive après décharge de la batterie excitatrice ou auxiliaire, on peut encore pré- voir un dispositif qui a pour but, dès que la locomotive roule sur la section équipée d'une ligne de marche et que la tension a atteint une hauteur suffisant au chargement- de la batterie, de connecter cette batterie automatique- ment à la ligne afin de la charger. On peut alors aisé- ment calculer le courant de charge de manière que la bat- terie se trouve toujours à un état de charge suffisamment élevé. La connexion de la batterie à la tension de la ligne peut se faire par exemple au'moyen du relais de ten- sion et le chargement au moyen d'un transformateur de chargement automatique.
La locomotive prévue pour l'installation de triage ne peut être employée avantageusement avec comman- de à distance que pour le service de poussée proprement dit. En conséquence on n'équipera d'une ligne de marche alimentée par le transformateur Leonard que les sections de voie correspondantes. On a déjà indiqué qu'on peut donner à la batterie prévue sur la locomotive des dimen- sions plus grandes et tirer de cette ba terie l'ensemble du courant, notamment pour des marchesà vide, sur des
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parties du système de voies. Pour pouvoir se servir de la locomotive dans d'autres opérations du triage et pour augmenter ses possibilités d'emploi, on équipe les moteurs d'un enroulement de courant principal et on prévoit un couplage de freinage utile.
Il est évident qu'il faut aussi donner à la batterie des dimensions plus grandes correspondantes. L'enroulement excitateur employé pour la commande à distance est utilisé, dans la marche indé- pendante, de manière connue pour affaiblir le champ engen- dré par l'enroulement de courant principal. Lors du frei- nage cet enroulement excitateur sert à engendrer le champ du moteur et l'enroulement de courant principal exerce alors une action d'affaiblissement du champ. Cette ac- tion est limitée par un shunt à l'enroulement principal.
L'emploi d'un couplage de freinage utile a jus- tement une importance particulière pour les locoirotives employées dans le service de triage, car les divers par- cours comprennent presque exclusivement le démarrage et l'arrêt. En conséquence une grande partie du travail em- ployé par la locomotive est consommé lors du démarrage pour l'accélération et se perdrait de nouveau lors de l'arrêt en grande partie par freinage si on ne prévoyait pas un freinage utile. Le dispositif diminue en consé- quence la consommation d'énergie et permet ainsi de se tirer d'affaire avec une batterie d'accumulateurs plus petite. Dans de nombreux cas ce n'est que par la réali- sation de cette économie qu'il est possible de construire une machine de ce genre avec des poids admissibles.
Une autre économie d'énergie peut être réalisée du fait que les pertes dans les résistances de démarrage sont diminuées par l'emploi du couplage parallèle et du couplage série des moitiés de la batterie. D'après le schéma de la fig. 3 on peut obtenir une décharge uniforme des deux moitiés de la batterie même lors de la permuta- tion. w désigne la résistance de démarrage et 1, 2 et
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3 désignent des interrupteurs. Lors du démarrage, en couplage parallèle des moitiés de la batterie, l'inter- rupteur 2 est ouvert; les interrupteurs 1 et 3 sont fermés. Pour le passage on ferme les trois interrupteurs et on ouvre ensuite 1 et 3 sans crachement notable d'étincelles.
L'affaiblissement de champ ci-dessus indiqué à l'aide d'un enroulement shunt à excitation étrangère as- sure encore une diminution des pertes dans les résistan- ces de démarrage.
Un avantage particulier consiste en fin de compte en ce que l'emploi des mesures indiquées donne une machine simple et facile à manoeuvrer. Il faut par- ticulièrement noter la sollicitation égale et avantageuse des batteries et des moteurs.
Le fonctionnement de principe de la locomotive équipée de la disposition de la présente invention est représenté sur les fig. 4 à 6. La fig. 4 montre le cou- plage lors de la marche. a désigne les induits des moteurs de marche, c les enroulements de courant principal, n les enrou- lements excitateurs auxiliaires et W' les résistances parallèles aux enroulements de courant principal. Pendant la marche sans affaiblissement de champ, tous les petits interrupteurs représentés sont ouverts. Le courant de la batterie ne parcourt que les induits et les enroule- ments de courant principal c.
Lors de l'affaiblissement du champ (fig. 5), les enroulements excitateurs auxiliaires n sont connec- tés par un rhéostat r aux bornes de la batterie, et sont excités de manière que le champ shunt soit dirigé contre le champ principal. Les interrupteurs menant aux résistances parallèles W' sont ouverts. sont/ Lors du freinage (fig. 6) les enroulements shunt.excités de manière inverse à l'excitation dans la
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fig. 5. Le courant passe en direction invers,e, les champs principaux ± sont affaiblis par les résistances paral- lèles w' et agissent en contre-compoundage aux champs shunt n. Les moteurs fonctionnent donc comne génératri- ces à contre-compoundage.
Ainsi qu'indiqué, les résis- tances parallèles W' ont pour but de permettre l'affai- blissement du champ principal, affaiblissement qui est né- cessaire pour obtenir une action de freinage suffisamment forte, car sans cela aucun champ n'existerait plus déjà avec le courant normal, si l'enroulement shunt est calcu- lé de manière à posséder, avec le plein courant, le même 'nombre d'ampères-tours que le champ principal.
Si on ne se servait que d'un seul couplage de ce genre, le gain réalisé ne serait pas très grand, car même en sur-excitant les moteurs lors du freinage, on ne pourrait, par suite du fort accroissement de la tension de la batterie lors du chargement, utiliser qu'une très faible portée de vitesse. Les conditions sont beaucoup plus avantageuseslorsque pendant le freinage les moteurs de marche sont couplés en série et les moitiés de la bat- terie en parallèle. Si on compte par exemple sur une ten- sion de décharge normale de 300 volts, cette tension bais- se lorsque les moitiés sont couplées en parallèle, à 150 volts, correspondant à une tension de chargement d'environ 185 volts.
Or si on couple les deux moteurs en série et si on utilise l'augmentation de tension de 25 % réalisa- ble au moyen de l'enroulement shunt, on dispose d'une por- tée de tension de 750 volts à 185 volts, et en tenant compte de la chute de tension des moteurs fonctionnant comme génératrices, qui est de 40 volts, au total 225 volts, c'est-à-dire 70 % de la tension employée en servi- ce pour la marche, Comme dans ce cas les génératrices fonctionnent avec une excitation étrangère, à cette portée de tension correspond une même portée de vitesse.
L'éner- ie cinétique du train est égale à m v2/2, et diminue en
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conséquence avec le carré de la vitesse, de sorte qu'en se servant d'une portée de vitesse de 70 % on dispose de 91 % environ de l'énergie cinétique pour la récupération sur la circonférence des roues de roulement. En poussant le calcul plus loin on voit que de ce fait on peut récu- pérer environ 23 à 25 % du travail total en tenant compte de toutes les pertes, c'est-à-dire qu'avec un même poids la portée de parcours de la locomotive augmente de 25 %, ou bien avec une même portée de parcours, le poids de la batterie et en conséquence son prix sont réduits de 25 %.
Il s'y ajoute encore le gain par déduction des pertes au démarrage, qui est d'environ 3 à 5 %. En conséquence ces dispositifs assurent une fabrication et un service beau- coup plus économiques de la locomotive à accumulateurs.
Ainsi qu'indiqué ci-dessus un freinage utile est possible vers le bas jusqu'à environ 30 % de la vi- tesse normale. Ces derniers 30 % doivent être freinés de la manière usuelle au frein à main ou au frein à air comprimé. Or pour éviter qu'après terminaison du freina- ge utile, du courant passe de nouveau de la batterie dans les moteurs, il est nécessaire, lorsque cette vitesse mi- nimum est atteinte, (vitesse qui peut être fixée à l'avan- ce en cas d'excitation constante) d'interrompre le circuit de freinage ce qui peut se faire au moyen d'un régulateur centrifuge accouplé à un essieu, ou au moyen d'un relais de comparaison de tension.
Par suite de l'action d'affaiblissement de cou- rant de l'enroulement de courant principal lors du freina- ge, il est nécessaire de prévoir des moyens particuliers pour éviter des chocs de courant lors de la conjonction du freinage, mais on peut aisément obtenir une application douce du freinage du fait qu'au premier degré de freinage, une résistance est disposée en avant dans la ligne de cou- rant de freinage.
De plus la tension des moteurs fonc- tionnant comme génératrices dépend, avec une excitation
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constante, uniquement de la vitesse de marche, de sorte qu'on dispose ainsi d'un moyen pour régler, à l'aide d'un régulateur centrifuge qui, ainsi qu'indiqué ci-des- sus, est aussi employé à la disjonction du circuit de freinage, un régulateur auxiliaire à une position déter- minée, qui correspund à la vitesse de marche momentanée, de sorte que les génératrices possèdent toujours, au dé- but du freinage, approximativement la même tension que la batterie. Il suffit alors de donner, à l'aide du con- trôleur de frein manoeuvré par le mécanicien, une excita- tion additionnelle, pour obtenir le passage du courant de freinage à la grandeur désirée.
Mais en cas de service de triage particulièrement intense, il peut néanmoins ar- river qu'on ne dispose pas de suffisamment de temps pour le chargement. En pareil cas il sera peut-être avanta- geux de placer sur la locomotive une petite génératrice à essence, ou une autre machine génératrice de courant (non pas un transformateur), à l'aide de laquelle on peut alors utiliser chaque petit arrêt pour le chargement. Il est même possible, de manière simple, de charger pendant la marche, tant que les moitiés de la batterie sont en série, du fait que pendant ce temps la dynamo à essence est cou- plée en parallèle à la batterie, tandis que dès que les moitiés de la batterie sont couplées en parallèle, cette dynamo est coupée ou est réglée à la demi-tension.
La dis.position de l'invention permet aussi par exemple, an cas de perturbation de l'installation de trans- formateurs ou de conducteurs, l'emploi de cette locomotive comme locomotive de refoulement par dessus le dos d'àne, du fait que par couplage parallèle des moitiés de la bat- terie, les moteurs n'étant pas shuntés, on atteint la fai- ble vitesse requise à cet effet, et qu'on peut régler cette vitesse sans pertes dans certaines/limites.