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DISPOSITIF AUTOMATIQUE POUR LE DEMARRAGE ET LE FREINAGE RHEOSTATIQUE DE MOTEURS DE TRACTION.
Les équipements de traction utilisant un servo-moteur électrique, électro-pneumatique, électro-hydraulique, présen- tent l'inconvénient d'exiger une source électrique indépen- dante s'ils doivent assurer le freinage rhéostatique en cas de manque de tension de ligne.
Les équipements automatiques de traction, marquant un temps d'arrêt sur chaque cran, possèdent des dispositifs d'asservissement compliqués et ont le défaut de retarder les reprises. Les équipements automatiques de traction, commandés par un servo-moteur électrique, présentent de plus l'inconvé- nient de ne pas être rappelés rapidement au zéro.
Dans les équipements automatiques de traction connus, le réglage de l'accélération pendant le démarrage ou le
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freinage se fait par un dispositif d'asservissement compliqué ou par une commande mécanique agissant à distance sur le relais d'accélération.
La présente invention consiste en un équipement auto- matique de démarrage et de freinage rhéostatique d-'un véhicule constitue par un servo-moteur pneumatique avec frein hydraulique commandant un controller ou un rhéostat.
La commande du servo-moteur, les verrouillages de ses organes, le réglage de sa vitesse, le contrôle de sa progression par le relais d'accélération, se font exclusivement par des moyens pneumatiques ou hydrauliques. Ce servo-moteur assure donc le fonctionnement du freinage rhéostatique en cas de manque de tension de ligne sans exiger l'installation, sur le véhicule, d'une source électrique indépendante.
Le servo-moteur est animé d'un mouvement continu qui est simplement ralenti par étranglement de l'orifice d'échappe- ment du frein hydraulique lorsque l'accélération de démarrage ou de freinage dépasse une limite déterminée réglable. Le dis- positif d'asservissement se réduit donc à une simple valve d'accélération. La rapidité des reprises est réalisée par l'ou- verture complète de cette valve. Le retour rapide au zéro est obtenu en suspendant l'action du frein hydraulique.
L'accélération au démarrage et au freinage peut être réglée en agissant sur un robinet à pointeau placé en série avec la valve d'accélération dans le conduit d'échappement du frein hydraulique. L'accélération peut ainsi être réglée d'une façon continue au moyen d'un organe très simple.
L'invention sera décrite en détail en se référant aux dessins ci-joints qui représentent schématiquement divers équi- pements donnés uniquement à titre d'exemple.
La fig. 1 représente undémarreur automatique conçu pour le démarrage du véhicule avec un seul couplage des moteurs.
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La fig. 2 montre le détail de construction du piston du frein hydraulique,
La fig. 3 montre une variante de réalisation du démarreur automatique conque pour effectuer le démarrage du véhicule en cou- plant successivement les moteurs en série et en parallèle.
La fig. 4 montre l'application de l'invention au démarra- ge et au freinage rhéostatique simultanés de plusieurs véhicules commandés d'un seul poste de conduite.
Sur la fig. 1, M désigne le manipulateur permettant la commande à distance du démarreur automatique et SM, le servo-ma- teur actionnant le oontroller C servant à l'élimination de la ré- sistance.
Le manipulateur M possède une manette de commande m qui peut tourner de part et d'autre d'une position 0. En écartant la manette de la position 0 dans le sens de rotation des aiguilles d'une montre, on commande le démarrage. En écartant la manette de la position 0 dans le sens de rotation inverse de celui des aiguils les d'une montre, on commande le freinage rhéostatique. Plus la manette est écartée de la position 0, plus l'accélération du véhi- cule est élevée.
Sur l'arbre du manipulateur M sont calés diverses cames c1,c2, c3 et un tambour à touches T. La came excentrée .ci commande un pointeau hydrauliquep, par exemple au moyen d'un galet porté par un jeu de leviers soumis à l'action d'un ressort; elle ferme le pointeau sur la position 0 et sur les positions voisines du 0 de la manette elle ouvre d'autant plus l'orifice du pointeau que la manette m est écartée davantage de la position 0, soit dans le sens traction, soit dans le sens freinage.
La came c2 commande de façon semblable la position des soupapes d'une valve .si, de ma- nière à ce que, dans la position 0 de la manette m, une conduite t2 soit mise à l'échappement tandis quelle est mise en communica- tion avec une conduire avenant d'un réservoir à air comprimé RA,
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dès que la manette m se trouve sur les positions de traction ou de freinage. Le tambour T, en matièra isolante, porte des touches conductrices venant en contact avec des balais; il modifie, en passant des positions de traction aux positions de freinage, les connexions des circuits de puissance pour passer du schéma de dé- marrage au schéma de freinage rhéostatique des moteurs; il ferme également, sur les positions de traction, le circuit d'enclecche- ment du rupteur de ligne.
La oame c3 porte un ergot qui peut ve- nir en contact avec la butée d'un, verrou v commandé par la: dépla- cement d'un piston P4 dans un cylindre 04.
Lorsque le piston P4 est refoulé, la butée du verrou v est levée et la manette m du manipulateur M peut passer librement des positions traction aux positions freinage et réciproquement. Lors- que le piston P4, sous l'action de son ressort de rappel, est en- foncé dans le cylindre 04, l'ergot de la oame c3 butant sur le verrou .1 empêche de ramener la manette des positions de traction ou des positions de freinage à la position 0.
On dimensionne les cames c3 et c2 et le tambour T de telle sorte que, l'ergot de la came c3 étant en butée par un quelconque de ses flancs avec le verrou .1, la came c2, commandant la valve si mette la conduite t2 à l'échappement et que les contacts d'ali- mentation du rupteur de ligne soient coupés, tandis que les balais- des circuits principaux sont toujours en contact avec les touches.
Le servo-moteur SM est constitué de deux cylindres pneuma- tiques Ci C2 et d'un cylindre hydraulique C3, disposés sur un même axe horizontal comme l'indique la fig, i. Le diamètre du cylindre Ci est supérieur à celui du cylindre C2. Dans ces cylindres se , déplacent respectivement trois pistons Pi, P2, P3 dont las mouve- ments sont conjugués. Les pistonsPi et P2 sont réunis par une crémaillère engrenant avec une roue dentée calée sur l' a r b r e du controller C ( représentées en traits pointillés) Lorsque les
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pistons se déplacent vers la droite, le servo-moteur SM fait progresser le oontroller 0-lorsque les pistons se déplacent vers la gauche, le servo-moteur SM rappelle le controller C au O.
Au cylindre 08 aboutit la conduite t1 venant du réser-
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voir à air comprimé P4 et au cylindre Ci aboutit la conduite la venant de la valve ni du manipulateur K
Le piston P3 et le cylindre 03 rempli de liquide, for- ment frein hydraulique. Le piston P3 est entraîné par une tige
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1, solidaire du piston P2, qui pénètre dans le cylindre P3 par l'intermédiaire d'un dispositif d'étanchéité. Comme le montre la
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fig*29 le piston P3 peut glisser sur l'extrémité de la tige 1.
Lorsque la tige 1 se déplaoe vers la droite, le rebord ou du pis- ton P3 s'appuie sur une rondelle de ouir ou caoutchouc 1 masquant des ouvertures o percées dans le piston P3.Lorsque la tige à se déplace vers la gauche, le piston P3 s'appuie sur une rondelle
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retenue par l'éarou vissé à l'extrémité de la tige i et les ouvertures .0. sont démasquées.
Aux extrémités du cylindre C3 aboutissent respectivement
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des conduites de liquide t3 et t4 (fig:1). Sur la conduite t3 se greffent successivement : une dérivation à travers un étrangle-
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ment E vers la conduite t4, un robinet z commandé directement ou indirectement par un relais dtacadlération R, Aoc. et constituant valve d'accélération; le pointeau hydraulique p du manipulateur M. La conduite t4 est en communication avec un réservoir de liquide RH et le tuyau de décharge du pointeau hydraulique p.
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Une came 04,oalée sur l'arbre du controller 0, commande par tout moyen approprié les soupapes d'une valve c, !.2 de manié- re à ce que la conduite t7 alimentant le cylindre 04 du manipu- lateur M soit mise en communication avec la conduite t1 quand le controller 0 est au 0, tandis que cette conduite est mise à l'échappement dès que le controller C quitte la position 0.
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Le fonctionnement du démarreur automatique est le sui- vant : Lorsque la manette m se trouve dans la position 0, les di- vers organes du dispositif occupent les positions représentées fig, 1.
Si on déplace la manette R sur les positions "traction", le manipulateur M commande successivement les opérations suivantes:
1/ le tambour T effectue les connexions des circuits de puissan- , ce pour réaliser le schéma d e traction,
2/ le tambour T ferme ensuite le contact du circuit commandant l'enclenchement du rupteur de ligne,
3/ la came c2 commandant la valve si met en communication la , conduite t2 avec la conduite t1,
4/ la came excentrée .ci commande couverture progressive du pointeau p.
Le cylindre C2 du servo-moteur SM est alimenté en air comprimé par la conduite t1 et la valve s1 ayant mis en communica- tion cette conduite et la conduite t2, le cylindre C1 est également alimenté en air comprimé. La section du pis.ton Pi étant supérieure à celle du piston P2, l'effort exercé sur le piston Pi dépasse . , l'effort sur le piston P2. Ces pistons se déplacent vers la droite et font progresser le oontroller C.
Dès que les pistons Pi et P2 s,e déplacent, la rondel.. le c montée à l'extrémité de la tige t vient s'appliquer sur le re- bord u du piston P3 (fig.2). A partir de ce moment, le piston P3 participe au mouvement des pistons P1 et P2 et refoule dans la con- duite t3 le liquide enfermé dans le cylindre C3. Le liquide s'écou- le de la conduite t3 par l'orifice de l'étranglement E et par l'o- rifiae réglable du pointeau p. Plus on avance la manette 111 sur les positions de traction, plus la came excentrée .ci permet le retrait , progressif du pointeau , de son orifice La section d'écoulement du liquide qui détermine la vitesse de ......................
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progression du controller 0 croît avec le déplacement de la manette m.
Il est, par conséquent, possible de régler d'une ma- nière continue la vitesse de progression du controller 0 et, par suite l'accélération du véhicule.
Le relais d'accélération R. Acc. intervient quand le courant des moteurs de traction dépasse une valeur déterminée réglable. A ce moment il enclenche, ferme le robine t r et empé- che l'écoulement du liquide par l'orifice du pointeau p. Le liquide refoulé du cylindre 03 s'échappe unicp.ement par l'étran- glement E, le servo-moteur SM est ralenti indépendamment de la position de la manette m. La section de l'étranglement E est fixée de manière à limiter' la vitesse de progression du servo- moteur à une valeur inférieure à celle assurant le démarrage ou le freinage avec le courant constant maximum dans les conditions les plus sévères qui se présentent sur le réseau.
Lorsque par suite du ralentissement du servo-moteur SM le courant des moteurs de traction descend en dessous d'une cer- taine valeur, le relais d'accélération R. Acc. déclenche et ou- vre le robinet r. rétablissant ainsi le contrôle de la vitesse de progression du servo-moteur SM d'après la position de la ma- nette m.
En variante on peut supprimer le partuis de fuite à travers l'étranglement E en donnant à la came c1 un profil ap- proprié de telle sorte que le pointeau p ne puisse obturer complètement la conduite t3 et enmunissant. le robinet r. d'une butée empêchant sa fermeture complète.
Dès que le controller 0 a quitte la position 0, la came c4 du. servo-moteur SM commandant la valve. met la. con- duite t7 et, par conséquent, le cylindre 04 du manipulateur M à l'échappement. Le piston P4 rappelé par un ressort abaisse la butée du verrou y vers la came c3. L'abaissement de la butée du verrou v sur la trajectoire de l'ergot de la came c3 a pour ef- fet d'empêcher le passage immédiat de la manette m. des positions de tract :ion.aux .positions de freinage. Si la manette m est
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ramenée vers le 0, l'ergot de la came c3 vient en contact avec la butée du verrou v. Dans cette po si tion de la manette m, l'alimentation du rupteur de ligne est coupée au tambour T, de sorte que le circuit de traction est coupé.
De plus, la came c2 commandant la valve si met la conduite t2 et, par conséquent, le cylindre 01 du servo-moteur SM à l'échappement. Le cylindre C2 du servo-moteur SM étant seul alimenté en air comprimé, les pistons Pi et P2 sont refoulés vers la. gauche et ramènent le controller 0 au 0. Dès le début de ce mouvement, la tige t glisse dans le piston P3 (voir fig. 2) et la rondelle c quitte le rebord u dn piston P3 en démasquant les ouvertures 2'le li- quide contenu dans le cylindre 03 peut passer librement à tra- vers le piston P3. On obtient ainsi un mouvement très rapide de rappel au 0 du controller C.
Dès que le controller 0 est ramené au 0, la came c4 calée sur l'arbre du c o n coller-.0 et commandant les soupapes de la valve S2 met la conduite t7 en communication avec la conduite t1. L'air comprimé admis dans le cylindre 04 refoule le piston P4 qui soulève la butée du verrou v. Dès lors la ma- nette m peut être portée sur les positions de freinage.
Le fonctionnement du dispositif automatique sur les positions de freinage est identique à celui qui vient d'être décrit pour une manoeuvre de démarrage, sauf que le tambour T a modifié les connexions pour brancher la résistance aux bornes des moteurs. Dans son mouvement de progression le controller 0 éli- mine à nouveau cette résistance.
On remarquera que dans le dispositif de frein hydrau- lique décrit c i-de ssu s, le liquide refoulé par le piston P3 retourne immédiatement au cylindre C3 sans passer par le réser- voir RH. Le niveau du liquide dans ce réservoir reste donc sensiblement constant et il n'y a pas de danger d'entraînement de bulles d'air par le liquide, ce qui aurait pour effet de troubler le
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fonctionnement du frein hydraulique.
On observera également que le liquide quitend à fuir par les bourrages n'est soumis qu'à la faible pression due au liquide accumule dans le réservoir RH. Il s'ensuit que les pertes de liquide du frein hydraulique seront liés faibles.
Le dispositif automatique tel qu'il vient d'être décrit se prête à diverses variantes de -réalisation, Au lieu de comman- der à distance le rupteur de ligne par un contact du tambour T, celui-ci peut être monté dans le manipulateur M même et com- mandé directement par le mouvement de rotation de l' arbre du manipulateur.
Le tambour de commutation T au lieu d'être monté dans le manipulateur peut être commandé à distance par un servo- moteur pneumatique alimenté par des valves à commande par cane du manipulateur.
Il est intéressant de pouvoir arrêter éventuellement le controller dans la position moteurs couplés en série, toutes les résistances éliminées, afin d'obtenir une position de mar- che économique à vitesse réduite.
Ces diverses variantes ont été appliquées dans l'exem- ple de réalisation de l'invention représenté fig. 3. Sur les fig. i et 3, les organes jouant un rôle analogue sont désignés par les mêmes références.
Sur la fig. 3, M désigne le manipulateur, SM1 le servo- moteur commandant le controller C, et SM2 le servo-moteur com- mandant le tambour de commutâtion T.
Le manipulateur M possède une manette de commande m qui peut occuper de par( et d'autre du 0 des positions de 'trac- tion" et des positions de "freinage". Sur les positions de "traction" une position est repérée S. Lorsque la manette est maintenue en deça de ce repère, on cômmande le démarrage en se servant uniquement du couplage série des moteurs. En portant la
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manette au delà de cette position, on commande le démarrage en utilisant successivement le couplage série et le couplage paral- lèle des moteurs.
Sur l'arbre du manipulateur M sont calées diverses cames c1,c5,c7 et c6. La came c1 commande, comme sur la fig.1, l'ouver- ture progressive du pointeau hydraulique p. La came c5 commande des valves s5 et s6 de telle manière qu'une conduite t5, dans les positions 0 et de freinage de la manette m, soit mise à l'éohappe- ment, tandis que sur les positions de traction de la manette m, elle est mise en communication avec la conduite t1 venant du réser- voir à air comprimé RA et qu'une conduite t6 dans les positions 0 et de traction de la manette m, soit mise à l'échappement, tandis que sur les positions de freinage de la manette, elle est mise en communication avec la conduite t1.
La came c7 commanda une valve s7 de manière à ce qutune conduite t7 soit mise à l'échappement lorsque la manette m se trouve sur les positions 0, de freinage et de traction jusqu'à y compris le repère S, tandis que la conduite t7 est mise en communication avec la conduite t1 sur les positions de traction situées au delà du repère S. La came c6 commande la fermeture du rupteur de ligne R sur les positions traction de la manette m.
Le servo-moteur SM2 est constitué de deux cylindres C5 et C6, auxquels aboutissent respectivement les conduites t5 et t6.
Dans ces cylindres se déplacent deux pistons P5 et P6 réunis par une crémaillère engrenant avec un pignon calé sur l'arbre du tam- bour de commutation T. Sur cet arbre sontemore calées deux cames c8 et c13. La came c8 commanda les soupapes s8 et s9 placées res- pectivement entre les conduites t5 et t2 - t6 et t2 de manière à ce que la soupape s8 soit ouverte sur la position traction du tambour T et que la soupape s9 soit ouverte sur la position frei- nage de ce tambour. La came c13 est entaillée......................
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de deux encoches qui se présentent devant un galet g2fixé à l'extrémité d'une barre b, lorsque le tambour T occupe la posi- tion traction ou la position freinage.
Le servo-moteur SM1 commandant le controller 0 est identique à. celui décrit en regard de la'fig. 1. Sur l'arbre 'du controller 0 sont calées deux cames c9 et c12. La came c9 possède une rampe correspondant aux positions du controller démarrage des moteurs couplés en parallèle. Lorsqu'un piston P7 sous l'action de son ressert de rappel, est enfoncé dans un cy- lindre 07 la butée d'un verrou v7 se présente sur la trajectoire de la rampe de la came c9; celle-ci, .venant en contact sur la butée du verrou 17 ;empêche le controler 0 de dépasser la position fin série. Lorsque le piston P7 est refoulé, la butée du verrou v7 est levée et le contioller C peut passer sur les positions couplage parallèle des moteurs.
La came c12 est entaillée d'une encoche qui se présente devant un galet gi fixé à l'extrémité de la barre b lorsque le controller C est au 0.
Le fonctionnement de ce démarreur automatique est le suivant : Lorsque la manette m se trouve dans la position 0, les divers¯organes du dispositif de démarrage automatique occupe les positions représentées fig. 3.
Si on déplace la manette m sur les positions de trac- tion situées en deçà du repère S, le manipulateur M commande successivement les opérations suivantes :
1 )- la came c5 manoeuvrant la valve s5, met la conduite t5 en communication avec la conduite t1,
2 )- la came c6 commande la fermeture du rupteur de ligne R.
Le cylindre 05 du servo-moteur SM1 est alimenté par la conduite t5 qui vient d'être mise, par la valve s5, en commu- nication avec la conduite t1. Le servo-moteur SM2 ne fonctionne pas ; le tambour de commutatioin T occupant la position traction, la osupape s8 est ouverte et l'air comprimé venant par la
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conduite t5 peut passer dans la conduite t2 et alimenter le cylindre Ci du servo-moteur SM1. Dès lors, comme on l'a ex- plique ci-dessus en regard de la fig. i, le servo-moteur SM1 faitprogresser le controller C sous le contrôle du pointeau p et du relais d'accélération R.Acc.
La. conduite t7 étant mise à l'échappement par la valve s7 du manipulateur M, le piston P7 rappelé par son ressort présente la butée du verrou v7 sur la trajectoire de la rampe de la came c9 de sorte que le controller 0 est arrêté dans la position fin série .
Si l'on porte la manette m sur les positions traction au delà du repère S, la came c7, commandant la valve .µ7, met la conduite t7 en communication avec la conduite t1 . L'air com- primé admis dans le cylindre 07 refoule le piston P? qui soulève la butée du verrou v7 . Dès lors le controller C peut passer sur les positions moteurs couplés en parallèle .
Si l'on porte la manette sur les positions freinage, le manipulateur M commande successivement les opérations suivantes: 1 ) la came c6 commande l'ouverture du rupteur de ligne R, le circuitde traction est immédiatement coupé, 2 ) la came c5 , manoeuvrant la valve s5 , met la conduite manoeuvrant t5 à l'échappement , et ensuite/la valve s6, met la conduite t 6 en communication avec la conduite t1,
3 ) la came c7 ,manoeuvrant la valve s7 , met la conduite t7 à l'échappement .
La conduite t5 et, par conséquent , le cylindre 05 du servo-moteur SM2 étant mis à l'échappement, tandis que 1, con- duite t6 et, par conséquent, le cylindre 06 étant mis à l'ad- mission, le servo-moteur SM2 tend à faire passer le tambour T de la position traction à la position freinage . Toutefois, le controller C n'étant pas au 0 , le galet g1 roule sur le profil extérieur de la came c12 et maintient, par la barre b, le galet g2 dans une des encoches de la came c13 de sorte que
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le tambour T est immobilise dans la position traction. Il s'ensuit que la soupape s8 reste ouverte et que la soupape s9 reste fermée.
La conduite t2, communiquant avec la conduite t5 , est mise à l'échappement et le servo-moteur SM1 , comme on l'a explique lors de la description de la fig.1, rappelle rapidement le controller 0 au 0 .
Dès que le controller 0 est revenu au 0 , le galet g1 retombant dans l'encoche de la came c12 déverrouille le tambour T .
Le servo-moteur SM2 fait passer le tambour T sur la position freina- ge. La soupape s8 se ferme et la soupape s9 s'ouvre . La conduite t2 est mise en communication avec la conduite t6 et le cylindre Ci du servo-moteurs SM1 est à nouveau alimenté . Comme on l'a expliqué lors de la description de la fig.1, le servo-moteur SM1 fait progresser le controller 0 . Le fonctionnement du dispositif est identique à celui qui vient d'être décrit pour une manoeuvre de démarrage, sauf que le tambour T a modifié les connexions des circuits de puissance pour réaliser le schéma de freinage rhéostatique .
Le servo-moteur hydro-pneumatique faisant l'objet de l'in- vention se prête à la commande en unités multiples de plusieurs véhi- cules ; la commande à distance se faisant uniquement par voie pneuma- tique, aucune source de tension n'est nécessaire pour son fonctionne- ment La fig. 4 représente les connexions pneumatiques pour la commande simultanée de plusieurs démarreurs automatiques semblables à celui montré fig. 3, à partir du poste de conduite de la voiture de tête .
M est le manipulateur du poste de conduite de la voiture de tête . Dans chaque unité motrice de la rame sont installés : uncontacteur pneumatique CP servant de rupteur de ligne, un servo-moteur SM2 pour la commande du tambour de communation 1,un servo-moteur SM1 pour la commande du controller 0 . Les connexions pneumatiques comprennent deux conduites t5 et t6 traversant -la rame. Les valves s5 et s6 du manipulateur M et le cylindre 02 du servo-moteur SM1 sont alimentés par la conduite principale t1 mettant en communication
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tous les réservoirs d'air de la rame. On n'a pas représenté/ cette conduite car elle existe sur tous les véhicules munis de freins à air comprimé.
Sur la fig. 4 on a désigné par les mêmes références les organes louant un rôle analogue à ceux de la fig.3 .Le fonctionnement du dispositif de la fig.4 se comprend aisément par comparai- son avec celui représenté fig.3 .
On remarquera que le rupteur de ligne réalisé sous la forme du contacteur pneumatique CP est commandé à distance .
Il se ferme dès que la conduite-15 est mise en communication avec dès
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la conduite 11 par la valve ,5 du manipulateur, 14 0 y est à dire/que la manette M, se trouve sur les positions de traction.
Dans un but de simplification dans le dispositif repré- senté fig.4 ,on a supposé que le controller ne puisse être arrêté dans la position fin série etque la manoeuvre du controller soit contrôlée uniquement par la valve d'accélération R.Acc. Il est possible de compléter le dispositif de la fig. 4 par un verrou pneumatique arrêtant le controller dans la position fin série et par une valve pointeau règlant la vitesse de manoeuvre du control- ler et, par conséquent, l'accélération de la rame.On peut comman- der à distance la position des pointeaux par un dispositif analogue aux triples valves commandant à distance le degré de serrage des freins à air comprimé . Ces commandes à distance des verrous pneu- matiques des controllers et des pointeaux nécessitent chacune une conduitepneumatique supplémentaire traversant toute la rame .
Dans le dispositif de commande en unités multiples re- présenté fig.4 ,on a supposé que la commande à, distance et l'as- servissement des démarreurs automatiques se faisaient uniquement par des circuits pneumatiques . Mais il est aisé de concevoir, sans sortir du cadre de l'invention, un schéma dans lequel la commande à distance et l'asservissement des démarreurs automatiques se font par des circuits électriques . Dans ce cas les connexions pneumatiques entre les automotrices sont remplacées par des connexions électriques , Les cylindres de commande des sero-
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moteurs sont munis de valves, commandées par des électros .
Les valves du manipulateur , les valves de verrouillage des servo- moteurs, les verrouillages mécaniques sont remplacés par des contacts électriques manoeuvrés par ces divers appareils et qui produisent les mêmes effets .
Il est loisible de remplacer le servo-moteur pneumatique de commande du tambour de commutation par un dispositif électrique.
On peut encore remplacer ce servo-moteur et le tambour de commu- tation par un jeu de contacteurs électromagnétiques ou électro- pneumatiques dont les enclenchements réalisent soit le circuit de démarrage, soit le circuit de freinage rhéostatique .
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AUTOMATIC DEVICE FOR STARTING AND RHEOSTATIC BRAKING OF TRACTION MOTORS.
Traction equipment using an electric, electro-pneumatic, electro-hydraulic servo-motor has the drawback of requiring an independent electrical source if they have to provide rheostatic braking in the event of a lack of line voltage. .
The automatic traction equipment, marking a stopping time on each notch, has complicated control devices and has the defect of delaying the restart. Automatic traction equipment, controlled by an electric servomotor, also has the drawback of not being quickly recalled to zero.
In known automatic traction equipment, the adjustment of the acceleration during starting or
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braking is done by a complicated servo device or by a mechanical control acting remotely on the acceleration relay.
The present invention consists of an automatic equipment for starting and rheostatic braking of a vehicle constituted by a pneumatic servomotor with hydraulic brake controlling a controller or a rheostat.
The control of the servomotor, the locking of its components, the adjustment of its speed, the control of its progress by the acceleration relay, are carried out exclusively by pneumatic or hydraulic means. This servomotor therefore ensures the operation of the rheostatic braking in the event of a lack of line voltage without requiring the installation, on the vehicle, of an independent electrical source.
The servomotor is driven in a continuous movement which is simply slowed down by throttling the exhaust port of the hydraulic brake when the starting or braking acceleration exceeds a fixed adjustable limit. The servo-control device is therefore reduced to a simple acceleration valve. The speed of recoveries is achieved by the complete opening of this valve. The rapid return to zero is obtained by suspending the action of the hydraulic brake.
The acceleration when starting and braking can be adjusted by acting on a needle valve placed in series with the acceleration valve in the exhaust duct of the hydraulic brake. The acceleration can thus be continuously regulated by means of a very simple organ.
The invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings which schematically show various equipment given by way of example only.
Fig. 1 shows an automatic starter designed for starting the vehicle with a single coupling of the motors.
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Fig. 2 shows the construction detail of the hydraulic brake piston,
Fig. 3 shows an alternative embodiment of the automatic starter designed to start the vehicle by successively coupling the motors in series and in parallel.
Fig. 4 shows the application of the invention to the simultaneous starting and rheostatic braking of several vehicles controlled from a single driving position.
In fig. 1, M designates the manipulator allowing the remote control of the automatic starter and SM, the servomotor actuating the oontroller C serving to eliminate the resistance.
The manipulator M has a control handle m which can turn on either side of a position 0. By moving the handle from position 0 in the direction of rotation of clockwise, the start is controlled. By moving the lever from position 0 in the direction of rotation opposite to that of the hands of a watch, the rheostatic braking is controlled. The farther away the lever is from position 0, the greater the acceleration of the vehicle.
Various cams c1, c2, c3 and a key drum T are wedged on the shaft of the manipulator M. The eccentric cam .ci controls a hydraulic needle p, for example by means of a roller carried by a set of levers subjected to the action of a spring; it closes the needle in position 0 and on positions close to 0 of the lever it opens the needle orifice the more the lever m is moved further away from position 0, either in the pull direction or in the braking direction.
Cam c2 similarly controls the position of the valves of a valve .si, so that, in position 0 of the lever m, a pipe t2 is exhausted while it is put into communica - tion with a rider pipe of an RA compressed air tank,
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as soon as the lever m is in the traction or braking positions. The drum T, in insulating material, carries conductive keys coming into contact with brushes; it modifies, by changing from the traction positions to the braking positions, the connections of the power circuits to switch from the starting diagram to the rheostatic braking diagram of the motors; it also closes, in the traction positions, the line breaker engagement circuit.
The oame c3 carries a lug which can come into contact with the abutment of a lock v controlled by the movement of a piston P4 in a cylinder 04.
When the piston P4 is pushed back, the stop of the lock v is raised and the joystick m of the manipulator M can pass freely from the traction positions to the braking positions and vice versa. When the piston P4, under the action of its return spring, is inserted into the cylinder 04, the lug of the oame c3 abutting on the latch .1 prevents the lever from returning to the traction positions or positions. braking positions to position 0.
The cams c3 and c2 and the drum T are dimensioned such that, the lug of the cam c3 being in abutment by any of its sides with the latch .1, the cam c2, controlling the valve if the line t2 is set. exhaust and that the power supply contacts of the line breaker are cut, while the brushes of the main circuits are still in contact with the buttons.
The servomotor SM consists of two pneumatic cylinders Ci C2 and a hydraulic cylinder C3, arranged on the same horizontal axis as shown in fig, i. The diameter of cylinder Ci is greater than that of cylinder C2. In these cylinders move respectively three pistons Pi, P2, P3, the movements of which are combined. The pistons Pi and P2 are joined by a rack meshing with a toothed wheel wedged on the a r b r e of the controller C (shown in dotted lines).
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pistons move to the right, the servo motor SM advances the oontroller 0 - when the pistons move to the left, the servo motor SM recalls the controller C to the O.
At cylinder 08 ends the line t1 coming from the reservoir.
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see compressed air P4 and cylinder Ci terminates the line la coming from the valve or the manipulator K
The piston P3 and the cylinder 03 filled with liquid, form the hydraulic brake. The piston P3 is driven by a rod
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1, integral with the piston P2, which enters the cylinder P3 by means of a sealing device. As shown in the
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fig * 29 piston P3 can slide on the end of rod 1.
When the rod 1 moves to the right, the flange or of the piston P3 rests on an orifice or rubber washer 1 masking the openings o drilled in the piston P3. When the rod moves to the left, the piston P3 rests on a washer
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retained by the hole screwed at the end of the rod i and the openings .0. are unmasked.
At the ends of the cylinder C3 end respectively
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liquid lines t3 and t4 (fig: 1). On line t3 are grafted successively: a derivation through a throttle
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ment E to line t4, a valve z controlled directly or indirectly by a relays R, Aoc. and constituting an acceleration valve; the hydraulic needle p of the manipulator M. Line t4 is in communication with a reservoir of liquid RH and the discharge pipe of the hydraulic needle p.
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A cam 04, located on the shaft of controller 0, controls by any suitable means the valves of a valve c,! .2 so that the line t7 supplying the cylinder 04 of the manipulator M is set. in communication with pipe t1 when controller 0 is at 0, while this pipe is exhausted as soon as controller C leaves position 0.
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The operation of the automatic starter is as follows: When the lever m is in position 0, the various components of the device occupy the positions shown in fig, 1.
If the lever R is moved to the "traction" positions, the manipulator M successively commands the following operations:
1 / the drum T makes the connections of the power circuits, in order to make the traction diagram,
2 / the drum T then closes the contact of the circuit controlling the engagement of the line breaker,
3 / the cam c2 controlling the valve if puts in communication the, pipe t2 with the pipe t1,
4 / the eccentric cam .ci progressive coverage control of the needle p.
The cylinder C2 of the servomotor SM is supplied with compressed air by the line t1 and the valve s1 having put this line and the line t2 in communication, the cylinder C1 is also supplied with compressed air. The section of the pis.ton Pi being greater than that of the piston P2, the force exerted on the piston Pi exceeds. , the force on the piston P2. These pistons move to the right and advance the oontroller C.
As soon as the pistons Pi and P2 s, e move, the washer .. the c mounted at the end of the rod t comes to rest on the edge u of the piston P3 (fig.2). From this moment, the piston P3 participates in the movement of the pistons P1 and P2 and delivers the liquid trapped in the cylinder C3 into the duct t3. The liquid flows from line t3 through the orifice of the throttle E and through the adjustable valve of the needle p. The more the lever 111 is moved forward to the traction positions, the more the eccentric cam .ci allows the progressive withdrawal of the needle from its orifice The flow section of the liquid which determines the speed of ......... .............
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controller 0 progresses with the movement of joystick m.
It is therefore possible to continuously adjust the forward speed of controller 0 and, consequently, the acceleration of the vehicle.
The acceleration relay R. Acc. intervenes when the current of the traction motors exceeds a determined adjustable value. At this moment it engages, closes the valve t r and prevents the flow of liquid through the orifice of the needle p. The liquid discharged from cylinder 03 escapes only through the choke E, the servomotor SM is slowed down regardless of the position of the lever m. The section of the throttle E is set so as to limit the speed of progression of the servomotor to a value lower than that ensuring starting or braking with the maximum constant current under the most severe conditions which occur on the motor. network.
When, as a result of the slowing down of the servomotor SM, the current of the traction motors drops below a certain value, the acceleration relay R. Acc. triggers and opens the valve r. thus re-establishing control of the forward speed of the servomotor SM according to the position of the stalk m.
As a variant, the leakage part through the constriction E can be suppressed by giving the cam c1 an appropriate profile such that the needle p cannot completely block the pipe t3 and by providing it. the tap r. a stopper preventing it from fully closing.
As soon as controller 0 has left position 0, cam c4 du. servomotor SM controlling the valve. put it. duct t7 and, consequently, cylinder 04 of the manipulator M to the exhaust. The spring-loaded piston P4 lowers the stop of the lock y towards the cam c3. The lowering of the stop of the latch v on the path of the lug of the cam c3 has the effect of preventing the immediate passage of the lever m. from tractor positions: to .braking positions. If the m controller is
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brought back to 0, the lug of cam c3 comes into contact with the stop of latch v. In this position of the handle m, the power supply to the line breaker is cut to the drum T, so that the traction circuit is cut.
Moreover, the cam c2 controlling the valve si puts the line t2 and, consequently, the cylinder 01 of the servomotor SM to the exhaust. As the cylinder C2 of the servomotor SM is alone supplied with compressed air, the pistons Pi and P2 are discharged towards the. left and return controller 0 to 0. From the start of this movement, the rod t slides in the piston P3 (see fig. 2) and the washer c leaves the rim of the piston P3, unmasking the openings 2'le li- Anything contained in cylinder 03 can pass freely through piston P3. We thus obtain a very fast movement of return to 0 of controller C.
As soon as controller 0 is brought back to 0, the cam c4 wedged on the shaft of the glue con-.0 and controlling the valves of the valve S2 puts the pipe t7 in communication with the pipe t1. The compressed air admitted into the cylinder 04 pushes the piston P4 which raises the stop of the lock v. The hand lever m can therefore be brought to the braking positions.
The operation of the automatic device in the braking positions is identical to that which has just been described for a starting maneuver, except that the drum T has modified the connections to connect the resistance to the terminals of the motors. In its movement of progression, controller 0 again eliminates this resistance.
It will be noted that in the hydraulic brake device described c i-de ssu s, the liquid delivered by the piston P3 immediately returns to the cylinder C3 without passing through the reservoir RH. The level of the liquid in this reservoir therefore remains substantially constant and there is no danger of entrainment of air bubbles by the liquid, which would have the effect of disturbing the
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hydraulic brake operation.
It will also be observed that the liquid which tends to leak through the jams is only subjected to the low pressure due to the liquid accumulating in the tank RH. It follows that the hydraulic brake fluid losses will be related low.
The automatic device such as has just been described lends itself to various embodiments. Instead of controlling the line breaker remotely by a contact of the drum T, the latter can be mounted in the manipulator M same and directly controlled by the rotational movement of the manipulator shaft.
Instead of being mounted in the manipulator, the switching drum T can be remotely controlled by a pneumatic servo motor fed by cane-controlled valves of the manipulator.
It is advantageous to be able to possibly stop the controller in the position of motors coupled in series, all the resistances eliminated, in order to obtain an economical running position at reduced speed.
These various variants have been applied in the exemplary embodiment of the invention shown in FIG. 3. In fig. i and 3, the organs playing a similar role are designated by the same references.
In fig. 3, M designates the manipulator, SM1 the servo motor controlling the controller C, and SM2 the servo motor controlling the switching drum T.
The manipulator M has a control lever m which can occupy on either side of the 0 'traction' and 'braking' positions. On the 'traction' positions a position is marked S. When the handle is kept below this mark, starting is controlled by using only the series coupling of the motors.
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With the lever beyond this position, the starting is controlled by successively using the series coupling and the parallel coupling of the motors.
Various cams c1, c5, c7 and c6 are mounted on the manipulator shaft M. Cam c1 controls, as in fig.1, the progressive opening of the hydraulic needle p. Cam c5 controls valves s5 and s6 in such a way that a pipe t5, in the 0 and braking positions of the lever m, is released, while in the pulling positions of the lever m , it is placed in communication with the pipe t1 coming from the compressed air tank RA and that a pipe t6 in the 0 and pull positions of the lever m, is exhausted, while in the positions of brake lever, it is put in communication with pipe t1.
Cam c7 controlled a valve s7 so that a t7 pipe was exhausted when the lever m was in the 0, brake and traction positions up to including the S mark, while the t7 pipe is placed in communication with pipe t1 on the traction positions located beyond the mark S. Cam c6 controls the closing of the line breaker R on the traction positions of handle m.
The servo motor SM2 consists of two cylinders C5 and C6, to which the pipes t5 and t6 respectively end.
In these cylinders move two pistons P5 and P6 joined by a rack meshing with a pinion wedged on the shaft of the switching drum T. On this shaft are still wedged two cams c8 and c13. The cam c8 controlled the valves s8 and s9 placed respec- tively between the pipes t5 and t2 - t6 and t2 so that the valve s8 was opened in the pulling position of the drum T and the valve s9 was open in the position braking of this drum. Cam c13 is notched ......................
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two notches which appear in front of a roller g2 fixed to the end of a bar b, when the drum T is in the traction or braking position.
The servomotor SM1 controlling controller 0 is identical to. the one described next to fig. 1. On the shaft 'of controller 0 are wedged two cams c9 and c12. Cam c9 has a ramp corresponding to the positions of the starting controller for motors coupled in parallel. When a piston P7, under the action of its return spring, is pressed into a cylinder 07, the stop of a latch v7 presents itself on the path of the ramp of cam c9; the latter, coming into contact with the stop of the latch 17; prevents the controler 0 from exceeding the end of series position. When the piston P7 is pushed back, the stop of the latch v7 is lifted and the contioller C can pass to the parallel coupling positions of the motors.
Cam c12 is notched with a notch which appears in front of a roller gi fixed to the end of bar b when controller C is at 0.
The operation of this automatic starter is as follows: When the lever m is in position 0, the various components of the automatic start device occupy the positions shown in fig. 3.
If the joystick m is moved to the traction positions located below the mark S, the joystick M successively commands the following operations:
1) - the cam c5 operating the valve s5, puts the pipe t5 in communication with the pipe t1,
2) - cam c6 controls the closing of line breaker R.
The cylinder 05 of the servomotor SM1 is supplied by the line t5 which has just been put, by the valve s5, into communication with the line t1. The SM2 servo motor does not work; with the switching drum T occupying the pull position, the osupape s8 is open and the compressed air coming through the
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line t5 can pass into line t2 and supply the cylinder Ci of servo motor SM1. Therefore, as explained above with reference to FIG. i, the servomotor SM1 causes controller C to advance under the control of the needle p and the acceleration relay R.Acc.
The pipe t7 being exhausted by the valve s7 of the manipulator M, the piston P7 returned by its spring has the stop of the lock v7 on the path of the ramp of the cam c9 so that the controller 0 is stopped in the end of series position.
If the lever m is brought to the traction positions beyond the mark S, the cam c7, controlling the valve .µ7, puts the pipe t7 in communication with the pipe t1. The compressed air admitted into cylinder 07 pushes piston P? which raises the stopper of the lock v7. The controller C can therefore switch to the motor positions coupled in parallel.
If the lever is brought to the braking positions, the joystick M successively commands the following operations: 1) cam c6 controls the opening of line breaker R, the traction circuit is immediately cut off, 2) cam c5, operating the valve s5, puts the maneuvering pipe t5 to the exhaust, and then / the valve s6, puts the pipe t 6 in communication with the pipe t1,
3) cam c7, operating valve s7, exhausts line t7.
Line t5 and therefore cylinder 05 of servo motor SM2 being exhausted, while pipe 1 leads t6 and, consequently cylinder 06 being put in the inlet, servo -motor SM2 tends to move the drum T from the traction position to the braking position. However, the controller C not being at 0, the roller g1 rolls on the outer profile of the cam c12 and maintains, by the bar b, the roller g2 in one of the notches of the cam c13 so that
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the drum T is immobilized in the traction position. It follows that the valve s8 remains open and the valve s9 remains closed.
Line t2, communicating with line t5, is exhausted and the servomotor SM1, as explained in the description of fig. 1, quickly recalls controller 0 to 0.
As soon as controller 0 has returned to 0, roller g1 falling into the notch of cam c12 unlocks drum T.
The servo motor SM2 moves the drum T to the braking position. The s8 valve closes and the s9 valve opens. Line t2 is placed in communication with line t6 and cylinder Ci of servo motors SM1 is supplied again. As explained during the description of fig. 1, the servomotor SM1 advances the controller 0. The operation of the device is identical to that which has just been described for a starting maneuver, except that the drum T has modified the connections of the power circuits to produce the rheostatic braking scheme.
The hydro-pneumatic servo-motor forming the subject of the invention is suitable for controlling several vehicles in multiple units; as the remote control is carried out pneumatically, no voltage source is necessary for its operation. Fig. 4 shows the pneumatic connections for the simultaneous control of several automatic starters similar to that shown in fig. 3, from the driving position of the lead car.
M is the driver's station of the lead car. In each drive unit of the train are installed: a pneumatic contactor CP serving as line breaker, a servo motor SM2 for the control of the communation drum 1, a servo motor SM1 for the control of controller 0. The pneumatic connections include two pipes t5 and t6 passing through the train. The valves s5 and s6 of the manipulator M and the cylinder 02 of the servomotor SM1 are supplied by the main pipe t1 putting in communication
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all train air tanks. This driving has not been shown because it exists on all vehicles fitted with compressed air brakes.
In fig. 4 are designated by the same references the components renting a role similar to those of fig.3. The operation of the device of fig.4 is easily understood by comparison with that shown in fig.3.
It will be noted that the line breaker produced in the form of the pneumatic contactor CP is controlled remotely.
It closes as soon as pipe-15 is put in communication with
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the line 11 by the valve, 5 of the manipulator, 140 is there to say / that the lever M, is in the traction positions.
For the purpose of simplification in the device shown in fig. 4, it has been assumed that the controller cannot be stopped in the end of series position and that the operation of the controller is controlled only by the acceleration valve R.Acc. It is possible to complete the device of fig. 4 by a pneumatic lock stopping the controller in the end of series position and by a needle valve regulating the operating speed of the controller and, consequently, the acceleration of the train. The position of the needles can be remotely controlled by a device similar to the triple valves controlling the degree of application of the compressed air brakes from a distance. These remote controls for the pneumatic locks of the controllers and the needles each require an additional pneumatic pipe passing through the entire train.
In the multiple unit control device shown in fig. 4, it has been assumed that the remote control and servicing of the automatic starters is effected only by pneumatic circuits. But it is easy to design, without departing from the scope of the invention, a diagram in which the remote control and the servo-control of the automatic starters are carried out by electrical circuits. In this case the pneumatic connections between the railcars are replaced by electrical connections.
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motors are fitted with valves, controlled by electros.
The manipulator valves, the servomotor locking valves, the mechanical interlocks are replaced by electrical contacts operated by these various devices and which produce the same effects.
It is possible to replace the pneumatic servomotor controlling the switching drum by an electric device.
It is also possible to replace this servomotor and the switching drum by a set of electromagnetic or electro-pneumatic contactors, the interlocking of which forms either the starting circuit or the rheostatic braking circuit.