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Méthodes et appareils pour Le règlage automatique de la vitesse.
La présente invention concerne--,' une méthode et un appa- reil pour-le règlage automatique de la vitesse, notamment dans les appareils de levage, tels que les treuils de mines, sans y être limites toutefois.
Les treuils ou machines d'extraction notamment pour mines,, comportent souvent des moteurs asynchrones ou d'induction tri- phasés, étant donné que ces derniers sont d'une construction sim-' ple et partant d'un fonctionnement sûr et qu'ils demandent peu de surveillance. De plus, leur coût de fabrication est peu éle- vé. Toutefois, la gamme des vitesses de ces moteurs est relati- vement limitée, raison pour laquelle ils sont employés presque uniquement dans de petites installations. Par contre le système
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dit Leonard (Ward-Leonard) est souuent employédans les machi- nes à courant continu comme étant le système le plus parfait connu à ce jour en ce qui concerne le réglage de la vitesse dans les machines d'extraction.
Cependant:, ce système est ci'un coût d'établissement élevé.
Il existe des régulateurs de vitesse de plusieurs types différents pour régler la vitesse de dispositifs de levéeDans les installations systèmes Léonard, la position du levier de ma- noeuvre c'est-à-dire l'organe qui commande le moteur du treuil correspond toujours à une certaine vitesse de la machine. Pour cette raison, ce levier est normalement commandé mécaniquement par l'indicateur de position des cages, de sorte que la vitesse de la machine dans diverses positions est limitée à une valeur déterminée d'avance.
Dans les treuils ou machines d'extraction commandées par des moteurs d'induction triphasés, la position du levier de manoeuvre ne correspond pad à une vitesse déterminée du treuil, cette vitesse dépendait de l'importance de la charge. Pour cette raison on ne peut pas utiliser l'indicateur de position des ca- ges pour la. limitation de la déviation angulaire maximum du le- vier de commande seulement;, car ceci provoquerait une augmenta- tion et non pas une réduction de la vitesse de la machine.Par conséquent si l'on recherche un règlage susceptible de réduire automatiquement la vitesse jusqu'aux valeurs fixées pour le puit, le réglage du moteur du treuil et le réglage du système de frei- nage doivent être conjugués.
De tels régulateurs de vitesse exis- taient sur le marché il y a quelque temps; toutefois leur coût de construction est très élèvent les appareils ne sont pas très sûrs étant donné leur construction compliquée.
L'invention vise principalement à établir une méthode simple et efficace pour réaliser un réglage de vitesse parfait
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ainsi qu'à établir un appareil pour la mise en oeuvre de cette méthode. Elle vise en outre à établir des méthodes et appareils perfectionnés de l'espèceindiquée, où l'automaticité peut être obtenue dans une grande mesure. Ainsi, le machiniste d'extrac- tion qui, jusqu'à présent, était indispensable pour surveiller un treuil commandé par un moteur à courant alternatif,.devient complètement superflu, étant donné que les machines comportant un système de freinage selon l'invention peuvenêtre commandées depuis un endroit voulu, quelconque. De ce fait on peut réaliser une économie importante de main-d'oeuvre.
De plus, les machines commandées par des moteurs asynchrones triphasés peuvent être commandés par des boutons poussoirs conformément à l'invention, alors que de telles machines ne se prêtaient pas jusqu'à pré- sent à un tel mode de commande.
D'autres objets et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-après de plusieurs variantes de l'invention.
Selon l'invention le règlage de la vitesse est assuré par un freinage hydraulique, ce freinage étant régi par des mo- yens tels qu'une soupape, et est caractérisé en ce que la pres sion de freinage nécessaire est produite par une pompe commandée par le mateur du treuil ou par un autre organe de la machine en- traîné en synchronisme avec ce moteur, ces moyens, ainsi que la. pression de freinage étant règles par un dispositif d'actionne- ment qui commande en même temps le moteur de l'appareil de levée.
Dans les dessins annexés :
La figure 1 est une vue schématique d'un dispositif selon l'invention;
La figure 2 est une vue schématique d'une variante de l'invention, particulièrement appropriée à appliquer une pression de freinage constante au treuil lorsque celui-ci est immobile;et
La figure 3 est une vue schématique 'd'une autre variante
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du dispositif régulateur de vitesse selon l'invention.
Dans la variante selon la figure 1 un moteur synchrone triphasé 1 commande un tambour de cable et de frein 3 par l'in- termédiaire de l'engrenage 2. L'autre extrémité de l'arbre du moteur 1 est couplée par une courroie de transmission 4 , une pompe à huile 5, par exemple une pompe "IMO".Il va de soi que la pompe 5 peut aussi bien être commandée par un autre organe de la machine;, se déplaçant en synchronisme avec le moteur 1 de la machine d' ex traction. La pompe 5 communiquepar une canali- sation 6, 7 et 8 avec le réservoir à huile 9. Une soupape 10 est montée dans la conduite. 8.
Sur le réservoir à huile 9 se trouve monté un cylindre 19 contenant un piston 20 à contact serré, relié à un dispositif de levée de frein lesté 21 à commande é- lectrique. Le cylindre 19 communique par un tuyau 26 avec un vase à huile 22, qui assure la compensation des fuites d'huile.
Dans la conduite 23 entre le vase à huile 22 et le cylindre 19 -est intercalée une soupape de retenue 24, pourvue d'un forage 25. La pompe 5 est en outrereliée par les conduites 7 et 18 au cylindre 11 dans lequel se déplace un piston 12 articulé à une timonerie de frein 13, 14, qui commande les freins 15 du tambour de câble et de frein 3.
A l'aide d'une soupape 16 à quatre voies, commandée électriquement; on peut amener l'huile sous pression débitée par la pompe 5 à agir en direction du cylindre 11, quel que soit le sens du. mouvement de la pompe 5, et cela tant pour
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stT' réalisé c'u1J.e autre manière, par ex. au moyen à ' uiz système de soupapes de retenue.
Le moteur triphasé 1 et la soupape 10 sont commandés à distance par un dispositif commun 17.
Lorsque sous l'effet de la charge;le tambour de câble tourne à pleine vitesse dans le sens de la descente., les freins 15 sont écartés du tambour 3 et la soupape 10¯ est complètement
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ouverte. Le circuit du courant qui commande l'électro de levée de-frein 21 est établi, de sorte que le piston 20 du cylindre 19 est soulevé en découvrant l'embouchure du conduit 26, l'hui- le dans le réservoir 9 étant alors uniquement sous la pression atmosphérique. Dans ce cas, et vu l'interposition de l'engrena- ge 2, le moteur tourne à la même. vitesse et en synchronisme avec le tambour-3, tout en entraînant la pompe à haile 5.
L'huile ainsi mise sous pression est décomprimée vers le réservoir 9, de sorte que l'huile circule uniquement dans la canalisation 6, 7 et 8, laquelle est dimensionnée de manière qu'aucune pres s'ion ne s'exerce dans le tuyau 18. Lorsque le tambour 3 doit être freiné, une impulsion émise à. l'aide du dispositif de com- mande à distance 17, provoque un étrangelement de la soupape 10, avec insertion simultanée d'une résistance dans le circuit du moteur'1. Le moteur 1 entraîne la pompe à huile 5 par la courroie de transmission 4, la disposition étant telle que, lors- est que la soupape 10 étranglée , l'huile sous pression débitée par cette pompe se dirige par le tuyau 18 vers le cylindre 11, où elle provoque la descente du piston 12.
Ce dernier agit sur la timonerie de frein 13, 14 dans le sens de l'application des freins 15 sur le tambour 3, qui est ainsi ralenti. Simultané- ment, le circuit du'courant de l'électro de levée de frein 21 est interrompu, de sorte que le piston 20 descend dans le cylin- dre 19 et obture le tuyau 26 allant au vas.e à huile 22. Ainsi, le piston lesté 20 communique une pression d'huile appropriée, par l'intermédiaire du réservoir 9 et des tuyaux 8 et 18, au piston 12 monté dans le. cylindre 11, de sorte que la timonerie 13 et 14 applique les freins 15 sur le tambour 3.
Si ce dernier doit être remis en marche, on rétablit la circuit de l'électro de levée de frein 21 en même temps qu'on imprime, par le dispo- sitif de commande à distance 17, par voie électrique par exemple
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une impulsion, au moteur 1, de sorte que la résistance est sup- primée du circuit de ce dernier en même temps que la soupape . 10 s'ouvre.L' électro de levée de frein 21 fait remonter le piston 20 dans le cylindre 19;
de sorte que le. pression d'huile agissant sur le piston 12 est neutralisée lentement par le ré- servoir 9 et la canalisation 8, 18,vu que, lors de sa remon- tée dans le cylindre 19, le piston 20 doit refouler limite à travers le forage 25 de la soupape de retenue 24.
Une fois dé- narre, le moteur 1 entraîne, par la courroie 4, la pompe à hui- le 5, qui par l'intermédiaire de la canalisation 7, 18 allant au piston 12 monté dans le cylindre 11, actionne le système de freinage 13,14 et 15 agissant sur le tambour 3.Après ouvertu- re de la soupape 10, la pompe 5 refoule l'huile à travers la ca- nalisation 6, 7, 8, de sorte que le tuyau 18 sera décomprimée d'oÙ desserrage des freins.On peut intercaler par exemple dans les tuya.ux ô et 7 une soupape 16 à voies multiples, qui agit de façon que l'huile qui circule dans les tuyaux 6,
7 et 8 puis- se être dirigée de manière que la pression de l'huile puisse être maintenue et agir sur le piston 12 du cylindre11 quel que soit le sens du mouvement de la machine.
Le système comportant un électrà de levée de frein -lesté
21 permet un démarrage extrêmement souple, étant donné que la pression de freinage agissant successivement sur le tambour 3 est fournie par la pompe à huile 5 avant que la pression de freinage déterminée par l'électro de levée de frein 21 ne soit complètement neutralisé.
Il va de soi qu'on peut 'exercer sur le tambour de câ- ble un effet de freinage déterminé voulu, au moyen de la pompe à huile 5, 'en réglant le passage de l'huile à travers la soupa- pe 10. De cette manière, on peut maintenir, dans les machines de
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ce type, une vitesse constante et sans à-coups du tambour 3;sans la présence d'un machiniste.
Comme indiqué plus haut, le dispositif 17 commande le moteur 1 ainsi que la soupape 10. Ceci peut être réalisé d'une manière appropriée quelconque, par exemple en relaani ce dis- positif mécaniquement au régulateur du moteur. Par Mexemple, le dispositif 17 peut être commandé depuis l'indicateur de posi- tion des cages ou être subordonné d'une autre manière à la po- sition de la cage ou analogue. Il peut être agencé de telle faè çon que le freinage soit amorcé ou renforcé lorsque certain plots ont été mis en circuit par le régulateur.
Comme indiqué plus haut, l'appareil convient particuliè- rement à la commande par boutons.
La variante selon la figure 2 permet de freiner le treuil de façon à assurer une plus grande sécurité dans le cas d'une chute de pression dans le système, due à des fuites d'huile ou analogues. Les éléments de cette variante qui correspondent exactement à des éléments similaires montrés dans la figure 1 portent les mêmes références que dans celle-ci.
Dans la figure 2, 31 désigne un réservoir à huile à deux compartiments, respectivement 32 et 33. Le compartiment 32 est fermé et est conçu pour résister à une pression élevée, tandis que le compartiment 33 communique avec l'atmosphère, 34 est un piston lesté et 35 une pompe à huile, du type "IMO" par exemple, dont le côté aspiration communique avec le compartiment ouvert 33, et le côté refoulement avec le compartiment sous pres- sion 32. Les compartiments 32 et 33 du réservoir à huile commu- niquent entre eux par un tube 36 calibré de telle manière que la pression d'huile déterminée, d'avance soit maintenue dans le compartiment 32 pendant que la pompe 35 est en action.
La pompe 5 commandée par le moteur du treuil, et la soupape 10 constituent @
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les moyens de réglage de la vitesse du treuil selon la figure 1. Une soupape électtomagnétique 38 est montée dans le tuyau 37 qui relie la pompe 5 à la soupape 10. La soupape 10 est en outrecontournée par un tuyau 39 comportant une soupape de su- reté 40 appelée à s'ouvrir sous une pression déterminée d'avan- ce. Partant du tuyau 37, un tuyau 18 se dirige vers le cylindre 11, comme décrit à propos de la figure 1. Dans la variante se- lon figure 2, la manière dont la pression d'huile est communi- quée aux freins est légèrement modifiée. A l'extrémité inférieu- re du piston 12 est fixée une pièce 41.
Cette pièce repose sur un câble sans fin 42 qui se dirige vers le haut et est soutenu par une pièce 43'; analogue à la pièce 41 et fixée au levier de frein 13. La pièce 43 est également fixée à un câble 44 passant sur une poulie 45 et dont l'autre extrémité est réunie à un contrepoids 46 destiné à desserrer les freins. Un bouton pous- soir 47 peut être prévu à une distance convenable au-dessus de la pièce 41.
Ce dispositif fonctionne en principe comme suit : comme il a été décrit à propos de l'appareil selon le figure 1, l'hui- le est pompée par le moteur du treuil et par la pompe 5, tournant en synchronisme;, de sorte que cette huile est refoulée dans le circuit comprenant la soupape 10 et le réservoir à huile 31,ce qui assure le réglage complet de la vitesse du treuil. Lorsque le mécanisme du treuil est freiné en vue de l'arrêt, et que la pompe 5 est immobilisée, la pression d'huile engendrée par cette pompe cesse également d'agir sur les sabots fie frein. Toutefois, dans la variante selon la figure 2, le circuit de la pompe 35 se trouve automatiquement établi, de façon à provoquer une sur- pression dans le compartiment 32 du réservoir à huile 31.
Cette pression est contrôlée par un calibrage convenable du tuyau 36,
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en vue de permettre le passage d'une quantité d'huile appropriée par cette voie. Comme la soupape 10 n'est pas entièrement fer- mée, mais est seulement étranglée de façon que la machine d'ex- traction se déplace à une vitesse de "rampement",la pression d'huile engendrée par la pompe 35 se propage à travers les tu- yaux 37 et 18 vers les sabots de .frein, de fagon à empêcher le mouvement du mécanisme d'extraction.
Lorsque ce dernier doit être remis en marche, le circuit de la pompe 35 est automatique- ment déconnectée la soupape 1.0 s'ouvre et la pompe 5 commence à tourner, ce qui a pour effet de régler à nouveau la pression des freins de la manière décrite à propos de la figure 1. Lors- que le mécanisme d'extraction est immobilisé, le piston 34 est soulevé par la press.ion d'huile dans le compartiment 32 et agit comme soupape de sûreté.
Si, pour une raison quelconque et,pen- dant la période d'immobilisation de la machine, la pression ve- nait à baisser au-dessous de la valeur normale dans le comparti- ment 32, le piston 34 actionnerait un interrupteur (non représen- té), de façon à couper un circuit de sécur.ité en vue de déclan- cher le frein de sûreté du mécanisme d'extraction.
La soupape électromagnétique 38 constitue un autre dispo- sitif de sécurité. Par exemple, au cas où la machine d'extraction tournant à pleine .vitesse se trouverait brusquement sans courant, la soupape électromagnétique se fermerait et la pression d'huile élevée., engendrée par la pompe 5, actionnerait instantanément les freins. La valeur de cette pression est contrôlée par la soupape de sûreté 40, laquelle empêche l'établissement d'une pression dangereuse dans le système. La machine d'extraction ne peut pas fonctionner tant que la soupape 38 est fermée, car, dans ce cas, la pompe 5 fournirait immédiatement de l'huile sous pression aux freins.
La figure 3 représente une variante permettant de réaliser un régulateur de vitesse simple et efficace selon l'invention.
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Le réservoir à huile 51 est divisé en deux compartiments fermés 52 et 53.Sur ce réservoir est disposé un cylindre 54 qui communique avec le compartiment 52 et dans lequel coulisse un piston 55 lesté d'un poids. Ce piston présente une gorge péri- phérique 56 et un forage 57 qui part de l'extrémité inférieure du piston, pour aboutir à cette gorge. Un tuyau 58, qui débou- che dans le cylindre au niveau de l'extrémité supérieure du fo- rage 57 (lorsque le piston 55 occupe sa position la plus basse, comme montré dans la figure 3) se dirige vers le bas, pour a- boutir dans l'autre compartiment 53 du réservoir à huile.
Les deux compartiments 52 et 53 sont également reliés par des tuyaux 59 et 60, respectivement, au cylindre 54, à un niveau supérieur celui de l'embouchure du tuyau 58.
A l'extrémité supérieure du piston 55 est fixé un filin ou analogue 61, passant sur les poulies 62 et 63, et dont l'ex- trémité opposée est fixée à un électro de levée de frein 64.Cet électro possède une puissance de levée suffisante pour soulevet le poids 65 dont il est lesté.
Les compartiments 52 et 53 sont reliés respectivement à une pompe 68 par les tuyaux 66 et 67, de sorte que l'huile peut être pompée du compartiment 53 dans le compartiment 52. La pompe est couplée à un mécanisme de treuil, par exemple,à l'ai- de d'une chaîne de transmission, et est commandée en synchro- nisme avec ce mécanisme. De préférence, la pompe est accouplée à l'aide d'une roue rochet et n'est entraînée que lors de la descente de la cage. Le compartiment 52 communique également par un tuyau 69, avec un cylindrede frein 70 contenant un pis- ton 71.
Le piston 71 est réuni, par exemple à l'aide de câbles au bras de commande du frein de service d'une machine d'extrac- tion (non représentée dans le dessin).
Sur le compartiment 52 du réservoir à huile 1 est montée
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une soupape de sécurité 72 qui sous l'action d'une pression déterminée d'avance, détermine une coupure, par l'interrupteur à mercure 73 intercalé dans le circuit de sécurité de la ma- chine d'extraction.
L'appareil fonctionne de la manière suivante, en consi dérant son application à un mécanisme de levage pour un ascen- seur ou une cage se déplaçant entre deux niveaux et comportant un indicateur de profondeur, un frein de service et un frein de sûreté.
Lorsque le mécanisme de commande est immobilisé et que l'ascenseur se trouve au niveau supérieur, l'électro de levée de frein 64 maintient le poinds 65 soulevé, le piston 55 étant maintenu dans sa position inférieure par son poids propre (voir figure 3). La soupape de sûreté 72 maintient son contact 73 fermé. Lorsque le treuil commence à tourner pendant la descente de l'ascenseur, la pompe 68 démarre et refoule de l'huile du compartiment 53 vers le compartiment 52, cette huile retournant vers le compartiment 53 par le forage 57 du piston 55 et ensuite par le tuyau de dérivation 58.
Lorsque le treuil tourne à une vitesse normale, la pression de l'huile dans le compartiment 52 n'est pas suffisamment élevée pour soulever le piston 55.Si cette vitesse venait à dépasser une valeur déterminée d'avance, par exemple 120% de la valeur normale, la pression dans le com partiment 52 augmenterait suffisamment pour soulever le piston 55, après quoi le retour de l'huile ne pourra se faire que par le tuyau 60. Ce dernier est calibré de façon à opposer,une ré- sistance appropriée. Il en résultera une forte élévation de la pression dans le compartiment 52. Cette pression se propage jus- qu'au cylindre de frein 70, dont le piston 71 actionne le frein de service du treuil. En même temps, la soupape de sûreté 72 réagira à la sur-pression et coupera le courant dans le circuit
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de sécurité.
Le frein de sécurité tombe et le moteur du treuil se trouve sans courant. Lorsque le mécanisme de levage est ar- rêté, la pression dans le compartiment 52 baisse rapidement,de sorte que l'appareil n'empêchera pas la remise en marche du treuil.
Lorsque le treuil tourne à une vitesse normale et que la cage arrive dans la zone de ralentissement du niveau infé- tieur, un contact solidaire de l'indicateur de profondeur in- tervient de façon à couper le circuit de l'électro 64, après quoi le poids 65 attire le câble 61 vers le bas, en soulevant le piston 55. Ceci ne s'effectue pas avec une rapidité plus grande que celle qui laisse à la vitesse du treuil le temps de décroître simultanément d'une manière normale. Désonmais, et malgré le retour d'huile étrangléq la pompe 68 ne fournit pas une pression suffisante pour soulever le piston 71 ou pour dé- clancher la soupape de sûreté 72.
Toutefois, si la vitesse de la cage ne baissait pas, la pression d'huile augmenterait rapi- dement et provoquerait un freinage et une coupure du circuit de sécurité.
L'électro de frein 64 est remis en circuit lorsque la ca- ge montante passe au point-limite supérieur de la zone de ralen- tissement inférieur.
On conçoit que l'invention n'est pas limitée aux varian- tes représentées dans les dessins, mais est susceptible de nom- breuses modifications dans plusieurs détails et dispositifs sans s'écarter de l'esprit de l'invention. Tout en étant particuliè- rement applicable aux appareils de levée tels que des machines d'extraction, l'invention peut être utilisée dans d'autres do- maines qui nécessitent un contrôle de vitesse correspondant.
Ceci s'applique notamment aux véhicules, spécialement aux véhicu- les équipés de moteurs électriques du type décrit, par exemple
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trains électriques et tramways,.
REVENDICATIONS.
@ l.- Méthode pour le règlage de la vitesse, par exemple dans les treuils tels que des machines d'extraction, par freinage hydrau- lique, ce freinage étant commandé par un organe approprié,par exemple une soupape, caractéris'ée en ce que la pression nécessai- re au freinage est engendrée par une pompe commandée, par le moteur du treuil ou autre élément de la machine tournant en synchronisme avec le moteur, cet organe et, par conséquent,la pression de frein, étant commandés par un dispositif d'action- nement qui commande simultanément le moteur du treuil ou analo- gue.