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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de .
" Perfectionnements aux appareils de freinage à fluide sous pression pour véhicules de che- min de fer ".
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Dans le freinage des véhicules de chemin de fe#p'"des blocs de frein qui agissent, soit directement sur les roues, soit sur des tambours, soit sur des disques assemblés avec les roues, l'effort de freinage ne doit pas être plus grand que l'adhésion existant entre la roue et le rail ; les roues s'enrayent, ce qui est nuisible à tous les points de vue.
On doit, toutefois, faire remarquer que pour une pression donnée des blocs freineurs sur les roues, l'effort de freinage ne se maintient pas à une valeur constante, car cet effort est fonction du coefficient de friction entre le bloc du frein et
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la roue, friction qui, à son tour, dépend de divers facteurs, y compris la vitesse.
Ce coefficient de friction est faible aux vitesses élevées et aussi longtemps que la vitesse ne tombe pas au-dessous de 35/40 kilomètres à l'heure; mais il acquièrt une valeur rapidement croissante quand la vitesse tombe de cette limite à zéro .
Il est clair,par conséquent,que pour arrêter rapidement un train qui roule à grande vitesse, il est nécessaire de pouvoir faire agir tout dabord une très forte pression de freinage sur les blocs du frein et en même temps de réduire cette pression à la valeur normale dans le stade final du bioquage, afin d'empêcher l'enrayage des roues.
Conformément à l'invention, on prévoit des arrangements perfectionnés destinés à libérer automatiquement et en partie la pression du fluide du oylindre du frein pendant l'arrêt du train. Ainsi qu'on le constatera par la description, l'invention permet également de maintenir le cylindre du frein, même quand il y a une fuite dans celui-ci, et, de plus,elle permet d'augmenter la pression du oylindre du frein jusqu'à la valeur maximum réalisable,quelles que soient les oonditions de freinage antérieures, à condition que la vitesse du train dépasse un minimum donné.
Le dispositif conforme à l'invention comprend deux éléments distincts : l'un de ceux-ci, entièrement pneumatique contrôle la conduite d'alimentation du oylindre du frein; l'autre est électro-pneumatique et son action dépend de la vitesse du véhicule et détermine le fonctionnement de l'élément pneumatique.
On va à présent décrire l'invention en se référant aux dessins ci-joints qui montrent,schématiquement et à titre d' exemple,,une forme de construction du dispositif.
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La figure 1 montre le dispositif lors du processus à grande vitesse;
La figure 2 montre le même dispositif quand la vitesse du train est ramenée au-dessous d'une valeur donnée;
La figure 3 montre le dispositif lors du processus dans lequel cesse le dégagement du fluide sous pression du cylindre du frein;
La figure 4 est une vue du robinet de mise hors service, dans la position dans laquelle le dispositif est mis hors service.
Dans l'exemple représenté, l'élément pneumatique se compose essentiellement du corps 1 dans lequel est monté un piston coulissable qui actionne deux soupapes en communication réciproque. La soupape supérieure 3,qui a d'amples dimensions, oontrôle la communication entre le distributeur ( soupape ou robinet triple ) et le cylindre du frein ; la soupape inférieure 4 règle l'échappement éventuel de la pression du fluide du cylindre du frein dans l'atmosphère par un passage d'étranglement 13.
Un ressort 5,logé dans le piston 2,maintient ce piston, quand le frein est desserré, dans sa position supérieure, de sorte que la soupape supérieure 3 est ouverte et la soupape inférieure 4 fermée.
L'élément électro-pneumatique se compose d'un électroaimant qui actionne deux soupapes interconnectées.
Quand le circuit de l'électro-aimant est excité, les deux soupapes 6 et 7 sont repoussées vers le bas, ce qui a pour conséquence de fermer la soupape 6 sur son siège et d' ouvrir la soupape 7.
Quand ce circuit perd son excitation, le petit ressort 8 soulève les deux soupapes 6 et 7, ferme la soupape 7 sur son siège et ouvre la soupape 6.
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Un dispositif centrifuge d'un type connu sert à exciter le circuit de 1'électro-aimant quand la vitesse dépasse une valeur donnée, par exemple 50 kilomètres à l'heure.
Dans ses divers stades de marche, le dispositif fonctionne comme suit.
On se placera dans l'hypothèse où le train roule à grande vitesse ( voir figure 1). Dans ce cas, le circuit électrique est excité et conséquemment les deux soupapes 6 et 7 se trouvent dans leur position la plus basse. Par conséquent, la soupape supérieure 6 est fermée sur son siège ,tandis que l'autre soupape, la soupape 7,est décollée de son siège. Si on serre le frein, la pression du fluide fournie par le distributeur, par l'intermédiaire d'une conduite d, passe par le robinet de mise hors service r et la conduite 9,pour se rendre dans la chambre a. De celle-ci, des conduits 10 et c font arriver le fluide sous pression dans le cylindre du frein ; en même temps, le fluide se rend par la conduite 11, la soupape 7 et la conduite 12, dans la ohambre e située sous le piston 2.
La pression du fluide qui agit sur les deux faces du piston 2 est donc égale,et,par oonséquentle ressort 5 maintient ce piston dans sa position élevée.
L'arrivée du fluide sous pression dans le oylindre du frein se produit, pour cette raison, sans aucune restriction et,dans le cas où l'on serre rapidement les freins, la pression qui règne dans le cylindre du frein atteint sa valeur maximum déterminée d'avanoe, en quelques secondes.
Par suite de l'action de freinage, la vitesse du train commence à tomber et quand cette vitesse est inférieure à une vitesse déterminée, le circuit de l'électro-aimant perd son excitation ( voir figure 2 ).
Les deux soupapes 6 et 7 sont ainsi amenées dans leur
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position la plus élevée ; lasoupape 7 colle sur son siège et interrompt la communication entre les chambres b et e; la soupape 6 s'ouvre et met la chambre e en communication avec l'atmosphère.
La pression du fluide qui règne dans la chambre au-dessus du piston 2 ( et de ce fait dans le cylindre du frein ) ne rencontre donc que l'opposition du ressort 5, qui est réglée de manière à correspondre à une pression de cylindre de frein de valeur réduite qui ne provoque pas d'enrayage des roues, même à faible vitesse.
La plus grande pression du fluide agissant dans le cylindre du frein,et partant dans la chambre b également,agit de manière que la réaction du ressort 5 soit vaincue, le piston 2 poussé vers le bas, ce qui permet au cylindre du frein d'évacuer à l'air libre par le conduit d'étranglement 13, étant donné que la soupape 4 est soulevée de son siège.
Le dégagement de la pression du fluide du cylindre du frein cesse quand la pression réduite agissant sur le piston 2 est équilibrée par la réaction du ressort 5. Cette pression réduite correspond à un pourcentage de freinage de 75 % environ qui est suffisante pour empêcher l'enrayage des roues.
Dans ce cas,les deux soupapes 3 et 4 sont fermées ( voir figure 3).
Cet effort de freinage réduit de 75 % se maintient en dépit des fuites du cylindre du frein.
Quand il y a des fuites au cylindre du frein, la pression du fluide qui agit sur le piston 2 tombe et ce piston monte ; il ouvre la soupape 3 et le fluide arrive dans le cylindre du frein en montant jusqu'à la mesure permise par le ressort 5.
La description qui précède s'applique uniquement aux cas où l'on fait agir les freins alors que le train roule à
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grande vitesse.
Si l'on doit serrer les freins alors que le train roule à une vitesse réduite, c'est-à-dire quand le circuit électro- magnétique est désexcité, la chambre !:./située en-dessous du piston 2,se trouve en communication, depuis le commencement du serrage, avec l'atmosphère. Dans ce cas, l'alimentation du cylindre du frein par la grande soupape 3 ne peut se faire qu'aussi longtemps que la pression agissant sur le piston 2 ( qui est égale à la pression régnant dans le cylindre du frein ) ne l'emporte pas sur la réaction du ressort 5.
Le dispositif n'a pas d'influence sur le desserrage du frein.
En fait, le retour du fluide du cylindre du frein dans le distributeur, pour le desserrage, se fait toujours librement, même si la grande soupape 3 est collée sur son siège.
Il en résulte que si la pression de fluide réduite régnant dans le cylindre du frein exerce sur le piston 2 une action moindre que la réaction du ressort 5, le piston monte et la soupape 3 reste ouverte en permanenoe, ce qui a pour conséquence que le stade de dégagement final n'est influencé d'aucune manière.
Ainsi qu'on le comprend clairement par la description, peu importe que le stade précédant de freinage ou de desser- rage ait été partiel ou oomplet, il est toujours possible de faire régner dans le cylindre du frein le maximum de pression déterminé d'avance, à condition que la vitesse ait une valeur suffisante pour exciter le circuit de l'électro-aimant.
En fait, quelles que soient les conditions dans lesquel- les se produit l'excitation du circuit de l'électro-aimant, la descente des deux soupapes 6 et 7 réalise l'équilibre de la pression du fluide sur les deux faces du piston 2 que le ressort 5 pousse vers sa position la plus élevée, ce qui main-
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tient la soupape 3 ouverte en permanence. Si l'on désire mettre le dispositif hors de service, on ferme le robinet d'arrêt r, figure 4, ce qui met le distributeur ( conduite d ) en communication directe avec le cylindre du frein ( conduite c ).
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DESCRIPTIVE MEMORY filed in support of a request for.
"Improvements to pressurized fluid braking devices for railway vehicles".
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In the braking of road vehicles of fe # p '"brake blocks which act either directly on the wheels, or on drums, or on discs assembled with the wheels, the braking force must not be more greater than the adhesion existing between the wheel and the rail; the wheels jam, which is harmful from all points of view.
It should, however, be noted that for a given pressure of the braking blocks on the wheels, the braking force is not maintained at a constant value, because this force is a function of the coefficient of friction between the brake block and
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the wheel, friction which, in turn, depends on various factors, including speed.
This coefficient of friction is low at high speeds and as long as the speed does not drop below 35/40 kilometers per hour; but it acquires a rapidly increasing value when the speed falls from this limit to zero.
It is clear, therefore, that in order to quickly stop a train which is traveling at high speed, it is necessary to be able first of all to apply a very strong braking pressure to the brake blocks and at the same time to reduce this pressure to the value normal in the final stage of bioking, in order to prevent the wheels from jamming.
In accordance with the invention, improved arrangements are provided for automatically and partially releasing the fluid pressure of the brake cylinder during stopping of the train. As will be seen from the description, the invention also makes it possible to maintain the brake cylinder, even when there is a leak therein, and, moreover, it makes it possible to increase the pressure of the brake cylinder. up to the maximum achievable value, regardless of previous braking conditions, provided that the train speed exceeds a given minimum.
The device according to the invention comprises two distinct elements: one of these, entirely pneumatic, controls the supply line of the brake cylinder; the other is electro-pneumatic and its action depends on the speed of the vehicle and determines the operation of the pneumatic element.
The invention will now be described with reference to the accompanying drawings which show, schematically and by way of example, one form of construction of the device.
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Fig. 1 shows the device during the high speed process;
FIG. 2 shows the same device when the speed of the train is reduced below a given value;
Figure 3 shows the device during the process in which the release of pressurized fluid from the brake cylinder ceases;
Figure 4 is a view of the shutdown valve, in the position in which the device is shutdown.
In the example shown, the pneumatic element consists essentially of the body 1 in which is mounted a sliding piston which actuates two valves in reciprocal communication. The upper valve 3, which has large dimensions, controls the communication between the distributor (valve or triple tap) and the brake cylinder; the lower valve 4 regulates the possible escape of the pressure of the fluid from the brake cylinder into the atmosphere through a throttle passage 13.
A spring 5, housed in the piston 2, maintains this piston, when the brake is released, in its upper position, so that the upper valve 3 is open and the lower valve 4 closed.
The electro-pneumatic element consists of an electromagnet which actuates two interconnected valves.
When the electromagnet circuit is energized, both valves 6 and 7 are pushed down, which results in closing valve 6 in its seat and opening valve 7.
When this circuit loses its excitation, the small spring 8 lifts the two valves 6 and 7, closes the valve 7 on its seat and opens the valve 6.
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A centrifugal device of a known type serves to excite the circuit of the electromagnet when the speed exceeds a given value, for example 50 kilometers per hour.
In its various stages of operation, the device operates as follows.
We will assume that the train is traveling at high speed (see figure 1). In this case, the electrical circuit is energized and consequently the two valves 6 and 7 are in their lowest position. Therefore, the upper valve 6 is closed on its seat, while the other valve, the valve 7, is lifted off its seat. If the brake is applied, the fluid pressure supplied by the distributor, via a line d, passes through the shutdown valve r and line 9, to reach chamber a. From this, conduits 10 and c bring the pressurized fluid into the brake cylinder; at the same time, the fluid flows through line 11, valve 7 and line 12, into chamber e located under piston 2.
The pressure of the fluid which acts on the two faces of the piston 2 is therefore equal, and, consequently, the spring 5 maintains this piston in its raised position.
The arrival of pressurized fluid in the brake cylinder takes place, for this reason, without any restriction and, in the event that the brakes are quickly applied, the pressure in the brake cylinder reaches its maximum determined value. of avanoe, in seconds.
As a result of the braking action, the speed of the train begins to drop and when this speed is lower than a determined speed, the electromagnet circuit loses its excitation (see figure 2).
The two valves 6 and 7 are thus brought into their
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highest position; the valve 7 sticks to its seat and interrupts the communication between the chambers b and e; valve 6 opens and places chamber e in communication with the atmosphere.
The pressure of the fluid which prevails in the chamber above the piston 2 (and therefore in the brake cylinder) therefore only meets the opposition of the spring 5, which is adjusted so as to correspond to a cylinder pressure of reduced value brake which does not engage the wheels, even at low speed.
The greater pressure of the fluid acting in the brake cylinder, and therefore in chamber b as well, acts so that the reaction of the spring 5 is overcome with the piston 2 pushed downwards, which allows the brake cylinder to vent to the open air through the throttle duct 13, given that the valve 4 is lifted from its seat.
The release of fluid pressure from the brake cylinder ceases when the reduced pressure acting on piston 2 is balanced by the reaction of spring 5. This reduced pressure corresponds to a braking percentage of about 75% which is sufficient to prevent the wheel engagement.
In this case, the two valves 3 and 4 are closed (see figure 3).
This 75% reduction in braking force is maintained despite the brake cylinder leaks.
When there are leaks from the brake cylinder, the pressure of the fluid which acts on the piston 2 falls and this piston rises; it opens valve 3 and the fluid arrives in the brake cylinder, rising to the extent permitted by spring 5.
The above description applies only to cases where the brakes are applied while the train is traveling at
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great speed.
If the brakes must be applied while the train is traveling at reduced speed, that is to say when the electromagnetic circuit is de-energized, the chamber!: ./ located below the piston 2, is located in communication, since the beginning of the tightening, with the atmosphere. In this case, the supply of the brake cylinder by the large valve 3 can only be done as long as the pressure acting on the piston 2 (which is equal to the pressure prevailing in the brake cylinder) does not prevail. not on the reaction of the spring 5.
The device has no influence on the release of the brake.
In fact, the return of the fluid from the brake cylinder to the distributor, for release, is always free, even if the large valve 3 is stuck on its seat.
It follows that if the reduced fluid pressure prevailing in the brake cylinder exerts on the piston 2 an action less than the reaction of the spring 5, the piston rises and the valve 3 remains open permanently, which has the consequence that the final release stage is not influenced in any way.
As can be clearly understood from the description, it does not matter whether the preceding stage of braking or release was partial or complete, it is always possible to make the brake cylinder reign in the maximum pressure determined in advance. , provided that the speed has a sufficient value to excite the circuit of the electromagnet.
In fact, whatever the conditions under which the excitation of the electromagnet circuit occurs, the descent of the two valves 6 and 7 achieves the equilibrium of the fluid pressure on the two faces of the piston 2 that the spring 5 pushes towards its highest position, which keeps
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keeps valve 3 open at all times. If you want to put the device out of service, close the shut-off valve r, figure 4, which puts the distributor (line d) in direct communication with the brake cylinder (line c).