FR2648773A1 - Dispositif de freinage de securite - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de freinage de sécurité d'un mobile comportant au moins un organe actif coopérant par friction avec un organe passif, l'organe actif étant maintenu éloigné de l'organe passif par un fluide incompressible s'opposant à l'effet d'un élément moteur 7 accouplé à l'organe actif et tendant à laisser s'appliquer l'organe actif contre l'organe passif, dans lequel le fluide incompressible est enfermé dans un circuit 6 possédant une portion frangible 8 qui, brisée pour mettre en service le dispositif de freinage de sécurité, constitue une ouverture d'échappement pour le fluide incompressible hors du circuit 6.

Description

La présente invention concerne un dispositif de freinage de sécurité d'un mobile, que ce dernier soit auto-moteur, auquel cas le dispositif est embarqué, ou tracté par un organe extérieur (câble, chaine.. ) Dans ce ces, le dispositif de freinage peut être monté soit sur le mobile, soit sur un treuil de traction, soit enfin sur une poulie associée è un cable auxiliaire de parachute comme, par exemple, pour un ascenseur ou un monte-charge.

Le frein de sécurité est un dispositif connu en lui-même, dont le principe réside dans la libération d'un mécanisme armé au préalable, qui actionne directement ou indirectement le rapprochement d'ut~l ou plusieurs corps de friction, dans le cas où le mobile a dépassé une valeur de consigne (vitesse ou longueur de course). On connaît plusieurs types de mécanismes d'actionnement, qui comportent soit un mécanisme è ressorts qui est verrouillé dans un étet d'énergie accumulée, soit un mécanisme de contrepoids imn-lot,ilisé dens une pc,sition "haute" Les moyens de verrouillage ou d'immobilisation comprennent, au moins pour certains d'entre-eux, un circuit hydraulique engendrant une pression s'opposant à la libération de l'énergie accumulée par le mécanisme d'actionnement des organes de freinage. La pression de ce circuit disparaît ou est réduite en réponse a un signal d'arrêt d'urgence émis par un capteur, par exemple de survitesse ou de position du mobile. Ces dispositifs connus présentent l'inconvénient de mettre en oeuvre des cepteurs électriques ou électroniques qui sont relativement fragiles et donc demendent un entretien et une maintenance Irnportants
L'invention entend proposer un dispositif de construction et d'entretien beaucoup plus simples, qui peut être mis en oeuvre sur de nombreux mobiles.

A cet effet, l'invention a donc pour objet un dispositif de freinage de sécurité d'un mobile comportant au moins un organe actif coopérant par friction avec un organe passif, I'orgene actif étant maintenu éloigné de l'organe passif par un fluide incompressible s'opposant â l'effet d'un élément moteur accouplé à l'organe actif et tendent à appliquer l'organe actif contre l'organe passif, dans lequel le fluide incompressible est enfermé dans un circuit possédant une portion frangible qui, brisée pour mettre en service le dipositif de freinage de sécurité, constitue une ouverture d'échappement hors du circuit pour le fluide incompressible.

La portion frangible est située sur la trajectoire empruntée par un- heurtoir dont le mouvement est dépendant de celui du mobile à freiner, lorsqu'une valeur de consigne du mouvement du mobile est atteinte ou dépassée.

Si cette valeur de consigne est une vitesse, le heurtoir est constitué par l'une quelconque d'une pluralité de masselottes d'un régulateur de vitesse centrifuge comprenant un moyeu rotatif dans un plan sensiblement vertica!, accouplé au mobile à freiner et pourvu d'au moins un guide radial dans lequel une masselotte allongée est montée coulissante entre deux positions radiales extrêmes
Dans le cas ou la valeur de consigne est une position correspondant à une fin de course, le heurtoir est constitué par une butée dont la trajectoire est sécante de celle de le portion frangible, lorsque le déplacement du mobile a dépassé cette position.

Dans le cas du freinage de dispositifs transportant des personnes, il n'est pas recommandé d'appliquer une force de freinage trop intense, entrelnant une décéleretio que ces personnes ne pourraient pas supporter sans dommages Dans une telle application, on aura un circuit de fluide incompressible qui comporte deux branches parallèles dont lune possède une section restreinte calibrée et un organe d'obturation de la branche sans restriction, mobile avec l'organe actif entre une première position où il libère la première branche et une deuxième position où il l'interrompt, cette seconde position étant atteinte lorsque l'organe actif a parcouru une course d'approche déterminée en direction de l'organe passif
Une varlante de réalisation de cette application est telle que le circuit de fluide compressible comporte deux partles successives Isolées l'une de l'autre par une paroi mobile entre deux positlons définissant un volume balayé correspondant à une course d'approche de l'organe actif en direction de l'organe passif, la parol mobile établissant dans sa seconde position une communication entre la partie amont du circuit hydraulique et un canal de charge calibré,
Dans chacune de ces deux variantes, il sera avantageux que l'un des organes actif ou passif (de manière préférée l'organe actif) porte la surface de friction coopérant avec l'autre organe par
l'intermédiaire d'une pièce mobile à l'encontre d'un organe compressible, sur une course limitée, I'intensité de l'effort de compression étant inférieure à l'effet dev-eloppé par l'organe moteur.

L'invention sera mieux comprise au cours de la description donnée ci-après à titre d'exemple non-limitatif, qui permettra d'en dégager les avantages et les caractéristiques secondaires.

Il sera fait référence aux dessins annexés dans lesquels:
- la figure I est une vue d'un premler mode de réalisation d'un moyen de déclenchement du dispositif de freinage selon l'invention,
- la figure 2 représente, par une coupe axiale, un régulateur conforme à l'invention,
- la figure 3 est une coupe selon la ligne 111-111 de la figure 2, sur la quelle apparaît la courbe décrite par l'exrémlté active des masselottes, en fonctionnement normal et en fonctionnement de sécurité,
- la figure 4 est une vue schématique d'un dispositif de freinage conforme à l'invention dans lequel on assure une progressivité dans l'application de la force de freinage,
- la figure 5 est une varlante de réalisation de la figure 6,
- la figure 6 est un graphique de l'effort de freinage en fonction du temps å partir de la rupture de la portion frangible.

En se reportant tout d'abord à la figure 1, on voit un élément moteur 1 comprenant un vérin la dont le piston 2 est prolongé par une tige 3 qui est attelée a l'organe actif d'un dispositif de freinage conforme à l'1nvent jon Cet organe actif peut être la tige 3 elle-même portant à son extrémité libre un corps de friction (non représenté), placé en regard d'une surface de friction solidaire de ou entraînée par le mobile à freiner (également non représentée). L'organe actif peut également être un élément séparé qui est maintenu éloigné de l'élément passif du frein par la tige 3 du piston qui agit comme un doigt de verrouillage de cet élément séparé, à l'encontre de l'effet d'un accumulateur d'énergie (ressort, contre-poids. .) qui tend à rapprocher l'organe actif de l'organe passif.

Le piston 2 divise le cylindre I a du vérin 1 en deux chambres 5 et 6, la chambre 5 étant équipée d'un ressort 7 (ici un empilage de rondelles Belleville) dont l'effet tend a faire sortir la tige 3, la chambre 6 étant une chambre hydraulique de blocage du piston 2, fermée de maniére étanche. Cette chambre 6 posséde une extension 8 sous forme d'un appendice frangible, faisant saillie hors du cylindre la du vérln. On notera que, dans le cas par exemple, où la tige 3 est l'organe actif du dispositif de freinage, on peut mettre en oeuvre plusieurs vérins 1 agissant ensemble sur le corps de friction, les chambres 6 étant réunies par un circuit hydraulique commun qui comporte l'appendice frangible susdit. On comprend que le fait de brlser l'appendice purge la chambre 6 ou le circuit auquel les chambres sont connectées, permettant ainsi la libération de l'énergie stockée par le ressort dans la ou les chambres 5, qui engendre la sortie des tiges 3 et, en conséquense, l'activation du dispositif de freinage
L'appendice frangible 8 doit être cassé au moment où le frein doit être mis en service, cest-à-dire par un heurtoir dont la trajectoire interfère avec celle de l'appendice, lorsque le mobile å freiner est a l'extérieur de sa plage normale de fonctionnement (survitesse ou longueur de course anormale). On comprend qu'il faut établir un mouvement relatif entre l'appendice et le heurtoir qui soit dépendant du facteur de déclenchement du frein de sécurité.

Dans le cas d'une fin de course, le heurtoir peut être constitue par une butée fixe située sur le trajet du mobile, qui porte de manière embarquée le frein équlpé de son dispositif de déclenchement, notamment si le mobile est automoteur. Dans le cas d'un mobile tracté, le frein peut être situé au niveau du treull, ou d'un câble de parachute, et la butée portée par le mobile pour briser le tube frangible Installé de manière fixe sur la structure de guidage du mobile.

S'il s'agit de freiner le mobile en cas de survitesse, le heurtoir sera porté par un dispositif sensible à la vitesse, tel qu'un régulateur å boules ou à masselottes, dont les trajectoires s'établissent sur des courbes différentes selon la vitesse de rotation du régulateur.

La figure 2 représente schématiquement, vu en coupe axiale, un régulateur conforme a l'invention. Ce dernier comporte un moyeu 10, entrainé en rotation autour d'un axe 1 1 horizontal.

L'entraînement du moyeu peut être réalisé soit par roulement sur un guide fixe du mobile, soit par le déroulement d'un câble lié au mobile, qu'il s'agisse du câble de traction si le mobile est tracté, ou d'un câble auxiliaire, par exemple de parachute. Le moyeu tourne donc à une vitesse proportionnelle à la vitesse du mobile. Le moyeu 10 comporte des guides radiaux 12 dans lesquels des masselottes cylindriques 13 sont montées à coulissement. Le moyeu 10 comporte un carter tournant 14 qui forme appui radial pour les masselottes 13, lorsque l'effet de la pesanteur est supérieur à ce lui de la force centrifuge ou l'inverse. On notera que les guides radiaux 12 peuvent etre retreints a I'une de leurs extrémités, comme indiqué en 15 sur la figure 2. Les masselottes sont ainsi empêchées, en fonctionnement normal, de heurter deux fois par tour, le carter tournant 14. Le moyeu et le carter sont enfermes dans un boTtier 16 fixe qui contlent un baln d'huile dans lequel les masselottes plongent. Le mouvement radial des masselottes assure le graissage de leur coulissement dans les guides 12.

Le moyeu des fulgures 2 et 3 peut compter quatre masselottes situées le long de diamètres décalés sur l'axe Il.

La courbe 17 décrite par une extrémité de chaque masselotte, lorsque le moyeu Il tourne, dans le sens A, est représentée sur la figure 3 Cette courbe résulte des actions conjuguees de la force centrifuge, de l'effet de la pesanteur et de la résistance au coulissement de la masselotte dans son guide du fait des frottements. Pour une première vitesse donnée, la partie
17a de cette courbe est celle pendant laquelle l'effet de la pesanteur devient prépondérant par rapport à la force centrifuge et a la résistance due aux frottements. L'extrémité de la masselotte passe alors de sa position raoialement la plus extérieure (arc de cercle 17e) a sa position la plus intérieure (arc de cercle 17ç), c'est-à-dire lorsque l'autre extrémité repose sur le rétreint 15
Lorsqu'on augmente la vitesse du moyeu, la transition entre le niveau 17b et le niveau 17g se décale dans le sens A de rotation, car la force centrifuge à vaincre est plus importante. On comprend alors que l'on puisse placer la portion frangible 8 du dispositif de la figure 1 à proximité de la trajectoire de transition l7a, 17t, représentée en trait mixte, correspondant à la vitesse limite pour laquelle on souhaite le déclenchement du frein de sécurité.

Un mobile peut être équipé d'un dispositif de freinage en cas de survitesse, d'un dispositif de freinage en cas de dépassement d'une limite de trajet, ou des deux. Dans ce dernier cas, les organes de frein seront de préférence les memes; seuls les organes de déclenchement seront séparés Alnsi, pour prendre un exemple, une cabine d'ascenseur peut être équipée d'un câble parachute qui est fixé à la cabine et qui entraine en rotation une poulie montée sur un axe fixe, en haut de l'installation. Cette poulle est accouplée à un régulateur semblable 9 celui de la figure 3, et peut être freinée par un frein, qui agit ainsi sur le cable parachute, et qui possède un organe de déclenchement dont le circuit hydraulique comporte au moins deux portions frangibles,
I'une en regard du régulateur, et l'autre à la fin de la course descendante de la cabine de l'ascenseur. On pourrait même prévoir une troisième portion frangible a l'autre extrémité de la course de l'ascenseur, s'il fallait le protéger contre un entrainement excessif dans le sens de la montée, du à une trop faible charge de la cabine d'ascenseur conjuguée a une défaillance du système d'entraînement et de son frein, la cabine étant entrainée par la descente du contre-poids devenu prépondérant. II est en effet très possible d'inclure dans le circuit hydraulique une canalisation de liaison fixe, courant le long de la cage de l'ascenseur, reliant les deux partles frangibles du circuit.

On notera que la remise en service de l'installation, après le déclenchement de la sécurité, est extrémement simple. il suffit en effet de remplacer ie tube brisé et de regonfler le circuit hydraulique a sa pression nominale par le moyen d'une simple pompe à main.

Sur la figure 4, on retrouve certains des éléments déja décrits avec les memes références On a représenté l'organe actif du frein à l'extrémité de la tige 3. Cet organe est un patin de freinage 20 comportant une garniture de friction 21 placée en regard d'une surface de friction 22 solidaire de l'organe passif 23 de freinage. On notera que le patin 20 est retenu sur la tige 3 contre l'effet d'un ressort de compression 24 (un empilement de rondelles Beileville) qui peut s'écraser sur une course C lorsque la force de freinage surmonte la précontrainte du ressort. En d'autres termes, l'effort de l'organe moteur (le ressort 7) est largement supérieur à l'effort croissant nécessaire pour écraser le ressort 24.

La chambre 6 communique avec l'appendice frangible 8 par deux branches 25 et 26 parallèles d'un conduit de liaison, la branche 25, la plus proche du piston 2 lorsque le frein est armé, debouchant dans une rainure 27 ménagée dans la chambre 6, la branche 26 étant équipée d'une restriction cal-ibrée 28.

Lorsque l'appendice est cassé, le fluide de la chambre 6 s'échappe brutalement par les deux conduits 25 et 26, mals prlncipalement par la branche 25 qui n'offre pas de résistance a son écoulement.

Le piston 2 est donc rapidement repousseé vers la droite jusqu'à dépasser le bord extrême de la rainure 27. La course L parcourue par l'équipage mobile 2, 3, 20 correspond à une course d'approche réalisée en un temps très court. Le conduit 25 est alors obture par le piston 2, le fluide ne pouvant alors plus s'échapper de la chambre qu'au travers de la restriction 28 dont le calibrage définit la vitesse beaucoup plus lente de déplacement de l'équipage mobile.

Durant cette seconde phase de son déplacement, le patin est appliqué sur l'organe 22, 23 sous un effort qui est égal à la valeur de la précompression du ressort 24 puis qui croit au fur et à mesure de l'augmentation de cette compression. La figure 7 montre l'évolution de la force de freinage en fonction du temps -phase d'approche, zone T, - action du patin avec compression du ressort d'une valeur égale å C, zone T2. La pente de la courbe dans la zone
T2 dépendra de la valeur de la restriction 28. La fin de la course C est marquée par l'arrivée en butée du patin 20 sur des entretoises 29 ou par la compression maximale Ces rondelles Bellevllle qui constituent le ressort 24. Lorsque l'équipage mobile est devenu rigide axialement, c'est la force F7 de l'organe moteur (ressort 7) qui constitue la force de freinage. On aura déterminé, en fonction du poids de l'installation à freiner, de la décélération maximale admise, du temps de freinage maximal.. les ressorts 7 et 24 qui permettront d'obtenir l'arrêt de l'installation dans la zone T2 du graphique} la force F7 étant une force de maintien statique, égale à
Un multiple de la charge en mouvement (la valeur en étant réglementairement fixée).

On comprend que cette variante du dispositif donne la possibilité d'agir sur la maniére avec laquelle la force de freinage va pouvoir être appliquée.

La figure 5 est une variante de réalisation de la figure 4 dans laquelle le conduit hydrauliquecomporte entre la chambre 6 et la portion frangible 8, une paroi mobile 30 divisant le circuit en une partie amont 31 et une partie aval 32 située du coté de la portion frangible. Ces deux parties sont isolées l'une de l'autre, et lorsque la portion 8 est cassée, la paroi mobile se déplace vers la partie cassée puisque plus aucune pression de fluide ne la retlent.

Dans son mouvement, cette paroi balaye un volume qui forme une capacité d'absorption du fluide s'écoulant de la chambre 6, ce volume correspondant å la course d'appoche C de l'équipage mobile en direction de l'organe passif 22,23 du frein. Cette paroi mobile, qui affecte ici la forme d'un piston, vient en butée contre un organe fixe, position dans laquelle un conduit 33 de décharge est découvert par le piston 30. Ce conduit 33 possède une restriction 34 qui joue le même role que la restriction 28 de la figure précédente. Le liquide s'échappant par ce conduit restreint, est recueilli par un réservoir 35, qui permet, quand on réarme le dispositif > d'apporter le complément de fluide nécessaire. La courbe de l'application des forces de freinage de ce dispositif est indentique à celle de la figure 7. On remarquera enfin que la paroi 30 constitue ici un piston d'isolement des deux tronçons amont 31 et aval 32 du circuit hydraulique, qui permet de limiter au maximum les fuites de liquide. Ce piston est ici étagé pour montrer qu'il agit comme un diviseur de pression on peut en effet avoir besoin d'une pression au niveau de la partie frangible qui soit plus faible que celle régnant dans la chambre 6, afin par exemple de ne pas trop sollicter la paroi de cette partie frangible.

L'invention n'est pas limitée à la description qui vient d'en être donnée. Elle couvre au contraire des variantes qui peuvent lui être apportées sans sortir de son esprit, comme par exemple, le cas où le circuit hydraulique est remplacé par un circuit pneumatique. On notera egalement que le circuit hydraulique peut comporter une capacité de fluide sous pression (par exemple oléopneumatique), associée à un capteur de pression qui peut déclencher une alarme sl la pression dans l'installation chute et devient dangereuse.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1 -Dispositif de freinage de sécurité d'un mobile comportant au moins un organe actif coopérant par friction avec un organe passif, l'organe actif étant maintenu élolgné de l'organe passif par un fluide incompressible s'opposant à l'effet d'un élément moteur (7) accouplé à l'organe actif et tendant à appliquer l'organe actif contre l'organe passif, caractérisé en ce que le fluide incompressible est enfermé dans un circuit (6) possédant une portion frangible (8) qul, brisée pour mettre en service le dispositif de freinage de sécurité, constitue une ouverture d'échappement pour le fluide Incompressible hors du circuit (6).

2 -Dispositif de freinage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la portion frangible (8) est située sur la trajectoire empruntée par un heurtoir(l3) dont le mouvement est dépendant de celui du mobile à freiner, lorsque une valeur de consigne du mouvement du mobile est atteinte ou dépassée.

3 -Dispositif de freinage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le heurtoir est constitué par l'une quelconque d'une pluralité de masselottes (13) d'un régulateur de vitesse centrifuge comprenant un moyeu rotatif (10) dans un plan sensiblement vertical accouplé au mobile à freiner pourvu d'au moins un guide radial (12) dans lequel une masselotte (13) allongée est montée coulissante entre deux positions radiales extrêmes 4 -Dispositif de freinage selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le heurtoir est constitué par une butée dont la trajectoire est sécante de celle de la portion frangible (8), lorsque le déplacement du mobile a dépassé une limite déterminée.

5 -Dispositif de freinage selon l'une quelconque des revendlcations précédentes, caractérisé en ce que le circuit de fluide incompressible comporte deux branches (25,26) parallèles dont l'une (26) possède une section restreinte (28) callbrée et un organe (2) d'obturation de la branche sans restriction, mobile avec l'organe actif entre une première position où il libère la première branche et une deuxième position où il l'interrompt, cette seconde position étant atteinte lorsque l'organe actif a parcouru une course d'approche déterminée en direction de l'organe passif.

6 -Dispositif de freinage selon l'une quelconque des revendications

I à 4, caractérisé en ce que le circuit de fluide Incompressible comporte deux partles successives (31,32) Isolées l'une de l'autre par une paroi mobile (30) entre deux positions définissant un volume balayé correspondant à une course d'approche de l'organe actif (20) eh direction de l'organe passif (22,23), la parol mobile établissant dans sa seconde position une communicatlon entre la partie amont (31) du circuit hydraulique et un canal (33) de décharge calibré (34).

7 -Dispositif de freinage selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en ce que l'un des organes actif ou passif porte la surface de friction (21) coopérant avec l'autre organe par l'intermédiaire d'une pièce mobile (20) à l'encontre d'un organe compressible (24), sur une course limitée (C), l'intensité de l'effort de compression étant inférieure à l'effet développé par l'organe moteur.

8 -Dispositif de freinage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit de fluide

Incompressible comporte > en amont de ia portion frangible, un piston d'isolement (30) mobile pour limiter les pertes de liquide.

9 -Dispositif de freinage selon la revendication 8, caractérisé en ce que le piston d'isolement (30) est étagé.

10 -Dispositif de freinage selon les revendications 6, 8 et 9, caractérisé en ce que le piston d'isolement (30) constitue ladite paroi mobile.