WO2016015759A1 - Système de freinage de véhicule sur rail - Google Patents

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WO2016015759A1
WO2016015759A1 PCT/EP2014/066356 EP2014066356W WO2016015759A1 WO 2016015759 A1 WO2016015759 A1 WO 2016015759A1 EP 2014066356 W EP2014066356 W EP 2014066356W WO 2016015759 A1 WO2016015759 A1 WO 2016015759A1
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WO
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rail
brake pad
braking
braking system
brake
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Application number
PCT/EP2014/066356
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English (en)
Inventor
Gérard Adam
Original Assignee
Gravity Transport System S.A.
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D63/00—Brakes not otherwise provided for; Brakes combining more than one of the types of groups F16D49/00 - F16D61/00
    • F16D63/008—Brakes acting on a linearly moving member
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T1/00—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles
    • B60T1/12—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles acting otherwise than by retarding wheels, e.g. jet action
    • B60T1/14—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles acting otherwise than by retarding wheels, e.g. jet action directly on road
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61H—BRAKES OR OTHER RETARDING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR RAIL VEHICLES; ARRANGEMENT OR DISPOSITION THEREOF IN RAIL VEHICLES
    • B61H7/00—Brakes with braking members co-operating with the track
    • B61H7/02—Scotch blocks, skids, or like track-engaging shoes
    • B61H7/04—Scotch blocks, skids, or like track-engaging shoes attached to railway vehicles
    • B61H7/06—Skids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2121/00—Type of actuator operation force
    • F16D2121/02—Fluid pressure

Definitions

  • the present invention relates to a rail vehicle braking system.
  • the railway uses the rolling of a steel wheel on a steel rail.
  • the contact between the wheel and the spoke! takes the form of an ellipse.
  • the dimensions of this ellipse are very small, that is to say a surface of 1 to 1, 5 cm 2 . It is through this small contact surface that all the traction and braking forces pass. This makes it essential to know the limits of adhesion and the limit of transmissible forces from the wheel to the rail via this small contact ellipse.
  • the eddy current linear brake which uses the principle of generating currents induced in the rail by the rapid displacement of magnetic fields generated by electric windings placed about 8 mm from the rails, must, however, be taken out of service. below 1 50 km / h because the vertical attraction force on the rail, which increases sharply when the speed decreases, could lift the track or deform the chassis of the vehicle.
  • this technique is only applicable to high-speed trains, that is to say speeds greater than 150 km / h.
  • Another braking system is the magnetic brake consisting of a brake body containing permanent magnets and brake pads.
  • the assembly is suspended from the chassis of the bogies a few millimeters from the raii by springs.
  • the action of the magnets towards the rail is neutralized by looping of the magnetic field inside the brake body.
  • the inner loop is removed, the magnetic field then closes through the rail with the effect, to press the pad against the rail.
  • the vertical force required for the production of the friction brake force is therefore of magnetic origin and can not be modulated.
  • This type of braking is mainly used on vehicles with low speed as in trams.
  • the object of the invention is to propose a rail vehicle braking system capable of overcoming the mentioned drawbacks, c ! that is to say to propose a system with better braking performance to guarantee the safety of a train.
  • This braking system will be advantageously applicable to any rail vehicle having a high or low speed. It may also, preferably, without electricity to operate, and in particular to make use of magnets. In addition, i! can avoid the disadvantages resulting from the high temperatures generated by braking. Finally, this braking system can also be provided as an emergency brake.
  • the rail vehicle braking system comprises:
  • At least one bridging body connecting a first and a second axle of a bogie, at least one brake pad suspended from a above-mentioned bridge body over a raii, said brake pad having two extreme positions, an upper position situated at a constant distance from the rail, and a low position of braking in contact with the rail, and
  • Control means that can move said at least one brake pad between the high position and the low braking position and possibly vice versa.
  • the braking system according to the invention is therefore of the type rail brake shoe and it has all the advantages of these systems. Firstly, it is not subject to the constraints difficult to control related to wheel / rail contact. It offers a large contact surface between the shoe and the rail, which are the parts that cause frictional braking on one another. This surface can be calculated on a case-by-case basis to obtain, depending on the load, the specific pressure best suited to the chosen materials.
  • the section of rail that comes into contact with the brake pad is constantly replaced by a subsequent section not heated by friction, which facilitates the dissipation of heat during braking and reduces the risk of thermal deformation of the parts in contact.
  • the attachment of a brake shoe is performed on a preferably rigid bridging body which connects the two axles of the bogie, for example by pressing on the standard bearing boxes for wheel axles.
  • This bridging body thus bypasses all the suspension elements of the vehicle. This results in two important characteristics specific to the braking system according to the invention.
  • the bridge body is not subject to vertical oscillations of the vehicle to be braked and its bogies which are supported on the wheels by primary and secondary suspensions. In this way, the bridge body and the brake shoe in the non-active high position remain at a constant distance from the rail.
  • a high vertical braking force (the action), from top to bottom, can be applied to the brake pad to lower it and put it in contact with the rail, by taking support (reaction) on the bridge body connected to the axles.
  • This reaction from the bottom upwards
  • This braking force can be applied to the brake pad uniformly, with a distribution of this effort on rail itself also uniform.
  • Such embodiment allows to obtain a braking by way of magnets or of electromagnets intended to press the shoe against the end of the race track.
  • a bogie generally has two axles, sometimes three, each axle being supported on the railway by two wheels. It should be understood that when a bridging body is arranged between two axles of the truck over a rail to support a brake pad, there is preferably for technical reasons another bridging body which is arranged symmetrically between these two axles above the other track of the railway and which supports another brake pad. In the following we will talk generally about a bridge body and a brake pad for the purpose of simplicity of the text.
  • each bridge body is connected to the first and second axle by means of ball joint means, these ball joint means being arranged to allow angular relative movements between the axles and the axle. bridging body and a limited horizontal sliding of the bridge body in the ball joint means.
  • these ball joint means can not allow relative movements in height between the bridge body and the axles of the bogie wheels since the shoe must, in the high position, remain at a constant distance from the rail.
  • these ball joint means must be arranged in such a way as not to tolerate relative lateral displacement between the bridge body and ⁇ the axles since the brake pad must constantly stay suspended in line with the rail profile with the wheels.
  • the braking system comprises at least one spring means arranged between, on the one hand, a aforesaid bridging body and, on the other hand, a aforementioned brake pad, having a biased position in which it is in a state of deformation, and a released position, in which it is returned to a state of rest, the control means holding said at least one spring means in its biased position when the brake pad must be in the up position and releasing it when the brake pad is to be brought into the low brake position, wherein said at least one spring means exerts a braking force on the rail via the brake pad.
  • the vertical force of application of the brake pad on the raii is therefore not of magnetic origin.
  • This braking system must not include magnets. This force may be of purely mechanical origin, which allows the braking system according to the invention to be able to do without electric current. Depending on the desired braking force, suitable matching springs will be used.
  • each spring means is, at a first end, resting on a said bridging body and, at a second end, bearing against a spring box which at least partially encloses it and supports said brake pad, each spring box being connected to a piston capable of sliding in a chamber of the coupling body which divides it into two compartments while the control means are arranged to create a differential pressure between the two compartments by injection or withdrawal of gas and thus control a displacement of each piston with its spring box between a first arrangement in which the spring means is in its biased position and the brake pad in its position high and a second arrangement in which the released spring means exerts its braking force by through the brake pad in the low position in contact with the raii.
  • the pad thus hooked to one or more spring boxes independently of the primary suspension and the secondary suspension of the bogie can thus be controlled by control means which are neither magnetic nor electromagnetic.
  • the braking system according to the invention further comprises a brake shoe support which is hooked to said at least one spring box, the brake shoe being fixed to the brake shoe support via a sliding and unglued assembly which allows a limited longitudinal clearance between them in the low braking position.
  • the brake pad can slide slightly relative to its support to a limit imposed for example by a stop provided for this purpose in the bridge body. This eliminates the problems of resistance to heat glue and differences in expansion between materials. This way of doing also facilitates the choice of the material for the brake pad since only the characteristics related to the wear and the coefficient of friction must be taken into account.
  • each bridging body may comprise brake pad guide means capable of guiding a brake pad parallel to the rail during a movement thereof between its two extreme positions. . This contributes to the fact that the brake pad, held parallel to the rail during its descent towards the latter, can achieve a regular, uniform and reliable braking by contact with the rail directly over the entire length of the pad.
  • said brake pad guiding means may comprise a front linkage connected between the bridging body and a front spring box and a rear linkage connected in a symmetrical manner between the body of the braking system.
  • bridging and a spring box rear successive spring means the wheelhouse contributes to that the brake pads are constantly parallel to the rails.
  • the braking system according to the invention may comprise a brake pad cooling system provided with means for supplying a cooling fluid and passages located in the brake shoe and supplied with this fluid by said cooling means. supply for cooling said brake pad.
  • this cooling system makes it possible to control that the brake pad is not heated excessively, in particular by cooling at the very heart of the friction zone between the pad. brake and rail.
  • the control means allow the brake shoe to move between the high position and the low braking position in a progressive manner or in one go.
  • the design of the braking system makes it possible, without any modification, to be used as a normal brake for only slowing down the speed of the vehicle or as an emergency stop brake. It is possible, for example, to provide for a total and immediate release of the spring means which suddenly relax and cause blocking-type braking. of the vehicle. In this case, the braking can become very powerful with stopping distances of the train five times shorter than the distances obtained with the traditional braking systems.
  • the brake shoe has, in cross section, a contact surface parallel to a top surface of the rail, with which it comes into contact in the lower position of the brake shoe, and a flange side which, on one side of the pad, protrudes downwardly from this contact surface for guiding the brake pad on a side surface of the rail.
  • This specific transversal profile may be similar to the transverse profile of a wheel and be placed, during assembly, in alignment with the profile thereof. In use, the alignment may be maintained in particular by said ball joint means which are fixed to the axle bearing boxes and which tolerate no relative lateral displacement between the bridging body and the axles and therefore the wheels.
  • this brake system contributes, like the wheels, to guiding the vehicle on the rails. Its passage in the switchgear becomes possible during braking.
  • this brake system with these guiding means is able to remove the load on the wheel and keep the truck perfectly aligned with the track, avoiding thus the derailment, while exerting a fast braking.
  • Figure 1 shows schematically a braking system according to the invention when the brake pad is in a high position at a distance from a rail.
  • the figure shows schematically this braking system when the brake pad is in a low braking position in contact with the rail.
  • FIG. 3 illustrates a side view of a braking system according to the invention which is partially broken along line III-III of FIG. 6.
  • Figures 4 and 5 show a sectional view along the line V-V of Figure 6 of the brake pad suspended in the bridge body when the brake pad is respectively in the up position and in the low braking position.
  • Figure 6 illustrates a top view of the braking system of Figures 3 to 5 on a bogie.
  • Figures 7 and 8 show a sectional view along the line VII-VII of Figure 6 of a cooling system of the brake pad according to the invention when the brake pad is respectively in the up position and in the low braking position .
  • the invention relates to a rail vehicle braking system.
  • the vehicle shown diagrammatically in FIGS. 1 and 2 comprises a vehicle body 100, supported on two bogies 3 and 3A, each bogie comprising a first axle 1 and a second axle 2, and each axle connecting a wheel represented to a corresponding wheel, not shown.
  • FIG. 1 shows the braking system in the passive position, that is to say that the braking system does not interact with the rail 30.
  • FIG. 2 shows this braking system in the active position when It interacts with the rail 30. In the passive position, this braking system is located a few millimeters from the rail 30, preferably parallel to the latter, this distance being defined during the design and construction of the braking system.
  • a current suspension system represented by springs, controls the vertical oscillations of the vehicle body 100 for avoid bumping the vehicle and ensure its stability IsurHes rails 30.
  • Each bogie 3 is indeed connected to the body of the vehicle 100 by a secondary suspension S, the axles 1 and 2 being connected to the bogies 3 by a primary suspension P.
  • the system of braking according to the invention is independent of these primary suspensions P and secondary S of the vehicle which means that it is not affected by the vertical oscillations of the vehicle body 100.
  • the braking system of the invention comprises a bridging body 10 connecting the axles 1 and 2 of the bogie 3. It comprises at least one brake pad 20 suspended from the bridge body 10 above the rail 30, said brake pad 20 having two extreme positions, a high position located at a constant distance from the rai! 30 (as shown in FIG. 1), and a low braking position in contact with the rail 30 (as shown in FIG. 2), and it also comprises control means not shown in these diagrams which are capable of displacing the brake pad 20 between the high position and the low braking position, and possibly inversely (for example as described further in the description).
  • the bridge body 10 is a longitudinal body which, because it is connected to the two axles 1 and 2 of the same bogie 3, is always maintained at the same distance from the rail 30.
  • the bridge body 10 bears directly at the axles 1 and 2 of the bogie 3 before the primary suspension P of the bogie 3, hence the term "bridging" which must be understood as a short-circuiting of the suspensions of the vehicle.
  • FIG. 3 illustrates an embodiment of braking system according to the invention.
  • the bridge body 10 is partially broken to show the interior elements.
  • the bridge body 10 has a first end 12 which is connected to the first axle 1 of the bogie 3, and it has a second end (not visible) which is connected to the second axle 2 of the bogie 3.
  • the ball joint means 11 fixedly connected to the standard rolling bearings 82 of the wheel axles, allow this connection between the two axles 1 and 2 of the bogie 3 and the two ends of the bridging body 10.
  • ends of the bridge body 10 are arranged in the ball joint means 1 1 to allow relative movements between the bogie 3 and the bridge body 10. These relative movements consist of limited longitudinal sliding of the bridge body in the ball joints in parallel direction to the rail 30, and rotational movements around the central point of the patella.
  • the ball joint means 1 and the two ends of the bridge body 10 thus allow free movement of the primary suspension P of the bogie 3.
  • the high position at constant distance from the rail 30 which the brake pad 20 has on the bridge body 10 corresponds to a position where the brake system is released. So, the vehicle can move, that is to say start, or it can continue its movement when it is already moving, or it can accelerate.
  • the low position of braking in contact with the rail corresponds to a position where the brake system is in use and, therefore, the vehicle is kept at a standstill, or, if it is in motion, it is slow motion. In this position the brake pad 20 is applied against the rail 30, preferably modulably.
  • spring means 50 are arranged between, on the one hand, the bridge body 10 and, on the other hand, the brake pad 20.
  • Each has a biased position in a state of deformation (see FIG. Figure 4) and a released position in which it is recalled to a state of rest (see Figure 5).
  • the brake pad 20 is in the up position the spring means 50 is in the biased position; when the brake pad 20 is in the low braking position the spring means 50 is released and returned to its rest position.
  • each spring means' 50 is at a first end 27 resting on an element of the coupling body 10, the closure cap 29 and a second end 28 bears against the bottom of a box with spring 23 which encloses at least partially the spring means and supports the brake pad 20.
  • Each spring box 23 is connected to a piston 25 capable of sliding in a chamber of the bridge body 10 which it divides into two compartments 41 and 42 (see Figure 5). The sealing of this sliding is provided by seals 26.
  • Said chamber of the bridging body 10 is closed in the part opposite the rail 30 by the cover 29 on which the piston 25 and the spring means 50 are supported when the spring means 50 is in its biased position.
  • the control means are arranged to create a pressure differential between the two compartments 41 and 42 by injecting or removing a fluid which may be a gas or a liquid, and thereby controlling a displacement of each piston 25 with its spring box. 23.
  • This movement is effected between a first arrangement in which the spring means 50 is in its biased position and therefore the brake pad in the up position and a second arrangement in which the spring means released and returned to its rest position exerts a braking force through the brake pad in the low position in contact with the rail.
  • the compartment 42 In order for the spring means 50 to be in its biased position and the piston 25 to be pressed against the cover 29, the compartment 42 must have a maximum pressure value which is greater than the force developed by the spring means.
  • the pressure differential established between the two compartments 41 and 42 is decreased progressively or abruptly at once so that the compartment 42 reaches a pressure value less than the developed force. by means of spring 50. One can then even provide recovery of a pressure balance between the two compartments 41 and 42.
  • the braking force that is to say the maximum vertical thrust of the brake pad 20 is determined during the design of the braking system by considering the specific physical characteristics of the various elements included in the braking system, this thrust depending on the minimum load available on the bogie 3, the possible unloading of the wheels, the coefficient of adhesion of the friction materials of the brakes of the braking system. pad 20, and the deceleration that You wish to provoke.
  • the braking force between the brake pad 20 and the rail 30 is a vertical force which can be very large and is obtained by transferring a portion of the loads supported by the wheels to the brake pad 20.
  • Figure 2 shows the distribution of the load with the braking system in operation.
  • the accumulation of forces (F2 + F3) in theory is equal to the force F.
  • the braking force obtained according to the invention is advantageously transmitted to the bogie by means of transmission means 83 which, in the embodiment illustrated, are arranged between the bridge body and the bogie frame and which simultaneously allow the vertical and lateral oscillations of the bogie.
  • These transmission means may consist of usual known elements, such as silentblocs or stops in two parts capable of sliding vertically and horizontally in a lateral direction relative to each other.
  • the bridge body 10 comprises brake pad guide means which guide it parallel to the rail 30 during its movement between its two extreme positions. This guidance system ensures the symmetry of the movement of the brake pad 20 between its front portion (towards the first axle 1) and its rear portion (towards the second axle 2) of the bogie 3, so that it remains parallel to the rail 30, whatever its position.
  • FIG. 3 shows several successive spring means 50, each arranged in a spring box 23, can be arranged between the bridge body 0 and the brake pad 20.
  • the number of spring means 50 will depend on specificities of the braking system according to the characteristics of the train, number of vehicles, weight, speed, etc. These specificities are determined during the design and construction of the braking system.
  • Said means for guiding the brake pad 20 comprise, in the illustrated example, a forward linkage 70 connected between the bridging body 10 and a front spring box 23 and a rear linkage (not visible in the figures) connected in a symmetrical way, between the bridge body 10 and a spring box 23 rear successive spring means 50.
  • These front and rear linkages have a traditional configuration comprising at least one rack 71 controlled by at least one lever 73 and they are connected to each other by a return lever arrangement 72.
  • the bogie 3 has a first bridge body 10A and a second bridge body 10B, these being connected by transmission bars 55.
  • the transmission bars 55 are themselves connected to each other. at the wheelhouses 70.
  • the displacement control means of the brake pad 20 consist of the current pneumatic circuit, usually existing on rail vehicles.
  • This circuit comprises an underpressed gas source 45 shown schematically in FIG.
  • the pressure differential between the two compartments 41 and 42 of the chamber of the bridge body 10 is realized in the present example by the injection of compressed gas into the compartments 42 of the chambers of the bridging bodies 10. This injection must be uniform both on the left side than on the right side of the vehicle to ensure equal pressure between the left brake system and the right.
  • This fluid is sent to the compartments 42 by a general pipe 58 which is fed by the source of compressed gas 45 and which is located around the transmission rods 55.
  • a compressed gas outlet, not shown, which can be closed in a conventional manner, is provided in the compartment 42. Access to the free air 80 is provided in the compartment 41. All the ascents or descents of the piston 25 cause a variation of the volume of the compartment 41.
  • the brake shoe 20 is, via a sliding and unglued assembly, attached to a brake pad support 21 which is hooked to a spring box 23.
  • This assembly allows a longitudinal play between the brake pad and the skate support in the low braking position.
  • the braking force when the brake pad 20 is rubbing on the rail 30 can produce a lot of heat.
  • the brake pad 20 then tends to expand, which takes into account the assembly shown where the brake pad 20 is connected to its support 21 by a dovetail assembly, where these two elements remain partially spaced from each other. When the brake pad 20 is hot and dilated, this space allows a controlled deformation thereof.
  • the rail 30 plays the same role as the brake disc in a conventional brake.
  • the fundamental difference lies in the fact that the rubbed part (the rail 30) is constantly renewed and therefore cold, which is not the case of a brake disc that accumulates heat.
  • a cooling device it is possible to remedy, according to the invention, the problem of excessive heat by the presence of a cooling device.
  • a first brake pad cooling system 20 which comprises means for supplying a cooling fluid, which are not shown, and passages 81 situated in the bridging body 10 and passages 61 situated in the brake shoe 20 which are fed with this fluid to cool said brake pad 20 (see Figures 7 and 8).
  • the passages 81 are connected to hoses 60 which communicate with the brake pad passages 61, to account for the movement of the brake pad 20 during its descent.
  • a second cooling circuit may comprise second passages 59 for cooling the space between the pad support 21 and the bridging body 10. These two circuits may be provided jointly or in isolation and they may be completely separated and distribute different fluids according to the desired goals, either a pure cooling or an improvement of the braking coefficient, or a control of the wear of the materials.
  • the braking system already described provides that the control means allow movement between the high position and the low braking position in one go, that is to say that an emergency braking is caused by a fall.
  • full pressure in the compartments 42 of the chambers of the bridging bodies 10A and 10B generated itself by a pressure drop in the general condition of the vehicle body 100 and the train. It can be, as for other brakes, commanded by the driver, a traveler to any point of the train provided for this purpose or by a coupling failure and therefore the general driving.
  • the brake pad 20 has a particular shape in cross section, its profile following the profile of a wheel.
  • the brake pad has a contact surface parallel to the top surface of the rail, with which it comes into contact in the low position of the brake pad and a lateral bead which, on one side of the brake pad 20, protrudes downwardly from this contact surface for guiding the brake shoe 20 on a side surface of the spoke! 30.

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Abstract

Système de freinage de véhicule sur rail comprenant un corps de pontage reliant un premier et un second essieu d'un bogie, au moins un patin de frein suspendu au corps de pontage au-dessus d'un rail, ledit patin de frein ayant deux positions extrêmes, une position haute située à distance constante du rail, et une position basse de freinage en contact avec le rail, et des moyens de commande pouvant déplacer le patin de frein entre la position haute et la position basse de freinage et éventuellement inversement.

Description

Système de freinage de véhicule sur rail
La présente invention concerne un système de freinage de véhicule sur rail. Le chemin de fer utilise le roulement d'une roue en acier sur un rail en acier. Le contact entre la roue et le rai! prend la forme d'une ellipse. Les dimensions de cette ellipse sont très petites, c'est-à-dire une surface de 1 à 1 ,5 cm2. C'est par cette petite surface de contact que passe l'ensemble des efforts de traction et de freinage. Ceci rend indispensable de connaître les limites d'adhérence et la limite des efforts transmissibles de la roue vers le rail via cette petite ellipse de contact.
Si ces limites d'adhérence sont dépassées en traction, cela va se traduire par des difficultés de démarrage. Si ces limites sont dépassées en cas de freinage, le manque de performance d'adhérence va se traduire par des distances de mise à l'arrêt plus longues. Il faut limiter au maximum ces allongements de distance de freinage pour éviter les accidents tels que le tamponnement par l'arrière d'un autre train déjà à l'arrêt ou le non- respect d'un feu rouge avec toutes ses conséquences. Le manque de performance de freinage peut conduire au déraillement du train dû à une vitesse excessive dans une zone à vitesse limitée. La force de freinage maximum que Ton peut exercer sur les roues d'un même essieu dépend de l'adhérence de chacune des roues sur les rails, ceci pouvant varier à tout instant d'une roue à l'autre en fonction de nombreux éléments extérieurs comme par exemple l'humidité ou la présence de glace.
Différentes études ont permis de cerner de façon précise les phénomènes d'adhérence entre la roue et le rail. L'électronique a permis la conception de dispositifs capables de corriger les efforts de traction comme un dispositif anti-patinage, ou de corriger les efforts de freinage comme un dispositif anti-enrayeur, ceci afin d'utiliser au maximum l'adhérence disponible à chaque instant. Dans ces dispositifs complexes comportant un grand nombre d'éléments, on ne peut jamais exclure le dysfonctionnement d'un de ces éléments, ce qui engendre automatiquement une défaillance du freinage.
Plusieurs systèmes de freinage ont été imaginés pour contourner ces difficultés et s'affranchir de l'adhérence entre la roue et le raii, mais comme le rail reste le seul élément continu sur une ligne de chemin de fer, les solutions se sont orientées vers le rail et un autre élément que la roue. Par exemple, le frein linéaire à courant de Foucault qui utilise le principe de génération de courants induits dans le rail par le déplacement rapide de champs magnétiq ues générés par des bobinages électriques placés à environ 8 mm des rails, li doit cependant être mis hors service en dessous de 1 50 km/h environ car l'effort vertical d'attraction sur le rail, qui augmente très fortement lorsque la vitesse diminue, risquerait de soulever la voie ou de déformer le châssis du véhicule. De par son principe de fonctionnement, cette technique n'est applicable qu'aux trains à grande vitesse, c'est-à-dire des vitesses plus grandes que 150 km/h.
Un autre système de freinage est le frein magnétique composé d'un corps de frein contenant des aimants permanents et des patins de frein. L'ensemble est suspendu au châssis des bogies à quelques millimètres du raii par des ressorts. L'action des aimants vers le rail est neutralisée par bouclage du champ magnétique à l'intérieur du corps de frein. Pour le freinage, le bouclage intérieur est supprimé, le champ magnétique se ferme alors en passant par le rail avec, comme effet, de plaquer le patin contre le rail. La force verticale nécessaire à la production de l'effort de freinage par frottement est donc d'origine magnétique et non modulable. Ce type de freinage est surtout utilisé sur des véhicules à faible vitesse comme dans les trams.
Pour le freinage électromagnétique composé de quatre vérins pneumatiques et de patins électromagnétiques, on alimente en air comprimé ces quatre vérins qui vont, en comprimant des ressorts de relevage, descendre les patins contre les rails. On excite alors les électroaimants qui vont plaquer les patins contre les rails. L'effort vertical de ce frein est donc d'origine magnétique. Ce frein ne peut pas fonctionner s'il n'y pas d'air comprimé pour actionner les vérins de descente et de courant pour aiimenter les bobines.
Dans tous ces exemples de systèmes de freinage avec patin, ceux-ci sont suspendus au châssis du bogie auquel les roues sont accrochées par une suspension appelée suspension primaire. Les patins subissent donc des oscillations en sens vertical. Et tous ces systèmes demandent par conséquent un placage final magnétique ou électromagnétique du patin sur le rail.
Pour le freinage en général et au-delà des différents modes de fonctionnement, il faut relever le problème de la dissipation de l'énergie cinétique. Une très grande partie de cette énergie cinétique est transformée en chaleur. Les hautes températures engendrées par le freinage font partie également des éléments à gérer pour éviter les déformations ou dégradations des différents éléments du système de freinage, tels que disques de frein, plaquettes, sabots, tables de roulement des roues, entre autres.
L'invention a pour but de proposer un système de freinage de véhicule sur rail capable de pallier les inconvénients mentionnés, c!est-à- dire de proposer un système présentant une meilleure performance de freinage afin de garantir la sécurité d'un train. Ce système de freinage sera avantageusement applicable à tout véhicule sur rail présentant une grande ou une faible vitesse. Il pourra aussi, de préférence, se passer de courant électrique pour fonctionner, et en particulier de faire usage d'aimants. En outre, i! pourra éviter les inconvénients résultant des hautes températures engendrées par le freinage. Enfin, ce système de freinage pourra aussi être prévu comme un frein d'urgence.
Pour résoudre ces problèmes le système de freinage de véhicule sur rail suivant l'invention comprend :
- au moins un corps de pontage reliant un premier et un second essieu d'un bogie, - au moins un patin de frein suspendu a un corps de pontage susdit au-dessus d'un raii, ledit patin de frein ayant deux positions extrêmes, une position haute située à distance constante du rail, et une position basse de freinage en contact avec le rail, et
- des moyens de commande pouvant déplacer ledit au moins un patin de frein entre la position haute et la position basse de freinage et éventuellement inversement.
Le système de freinage suivant l'invention est donc du type à patin de frein sur rail et il présente tous les avantages de ces systèmes. Tout d'abord il n'est pas soumis aux contraintes difficiles à contrôler liées au contact roue/rail. Il offre en effet une grande surface de contact entre le patin et le rail, qui sont les pièces qui engendrent le freinage par frottement l'une sur l'autre. Cette surface peut être calculée au cas par cas afin d'obtenir, suivant la charge, la pression spécifique la mieux adaptée aux matériaux choisis. La section du rail qui entre en contact avec le patin de frein est constamment remplacée par une section suivante non échauffée par le frottement, ce qui facilite la dissipation de chaleur pendant le freinage et réduit les risques de déformation thermique des pièces en contact.
De plus, selon la conception et la construction du système de freinage suivant l'invention, l'accrochage d'un patin de frein est effectué sur un corps de pontage avantageusement rigide qui relie les deux essieux du bogie, par exemple par appui sur les boîtes à roulements usuelles des essieux de roues. Ce corps de pontage court-circuite ainsi tous les éléments de suspension du véhicule. Il en résulte deux caractéristiques importantes propres au système de freinage suivant l'invention.
En premier lieu, par sa liaison aux essieux du bogie, le corps de pontage n'est pas soumis aux oscillations verticaies du véhicule à freiner et de ses bogies qui sont supportés sur les roues par des suspensions primaires et secondaires. De cette manière le corps de pontage, et Se patin de frein en position haute non active, restent à une distance constante du rail. En second lieu, un effort de freinage vertical élevé (l'action), allant du haut vers le bas, peut être appliqué sur le patin de frein pour le descendre et ie mettre en contact avec le rail, en prenant appui (réaction) sur le corps de pontage relié aux essieux. Cette réaction (du bas vers le haut) à l'effort de freinage peut être égale à la charge sur les roues reliées à ce corps de pontage. Cet effort de freinage pourra être appliqué sur le patin de frein de manière uniforme, avec une distribution de cet effort sur Se rail elle aussi uniforme.
Ainsi une telle forme de réalisation permet d'obtenir un freinage en se passant d'aimants ou d 'électroaimants destinés à plaquer le patin contre le rail en fin de course. On peut même envisager de se passer d'un circuit électrique pour la commande du déplacement du patin.
Il faut noter qu'un bogie comporte généralement deux essieux, parfois trois, chaque essieu étant supporté sur la voie ferrée par deux roues. Il doit être entendu que, lorsqu'un corps de pontage est agencé entre deux essieux du bogie au-dessus d'un rail pour supporter un patin de frein, il y a de préférence pour des raisons techniques un autre corps de pontage qui est disposé de manière symétrique entre ces deux essieux au-dessus de l'autre rail de la voie ferrée et qui supporte un autre patin de frein. Dans la suite on parlera de manière générale d'un corps de pontage et d'un patin de frein dans un but de simpiicité du texte.
Suivant une forme avantageuse du système de freinage suivant l'invention chaque corps de pontage est relié au premier et au second essieu par l'intermédiaire de moyens de rotule, ces moyens de rotule étant agencés pour permettre des mouvements relatifs angulaires entre les essieux et le corps de pontage ainsi qu'un coulissement horizontal limité du corps de pontage dans les moyens de rotule. D'une manière évidente, ces moyens de rotule ne peuvent permettre de mouvements relatifs en hauteur entre le corps de pontage et les essieux des roues du bogie puisque le patin doit, en position haute, rester à distance constante du rail. De même, ces moyens de rotule doivent être agencés de manière à ne pas tolérer de déplacement latéral relatif entre le corps de pontage et ~ les essieux puisqiue le patin de frein doit constamment rester suspendu de manière alignée au-dessus du rail avec le profil des roues.
Avantageusement, le système de freinage suivant l'invention comprend au moins un moyen de ressort agencé entre, d'une part, un corps de pontage susdit et, d'autre part, un patin de frein précité, en présentant une position sollicitée dans laquelle il est dans un état de déformation, et une position libérée, dans laquelle il est rappelé vers un état de repos, les moyens de commande maintenant ledit au moins un moyen de ressort dans sa position sollicitée lorsque le patin de frein doit être en position haute et le libérant lorsque le patin de frein doit être amené en position basse de freinage, dans laquelle ledit au moins un moyen de ressort exerce un effort de freinage sur le rail par l'intermédiaire du patin de frein. Dans cette forme de réalisation, la force verticale d'application du patin de frein sur le raii n'est donc pas d'origine magnétique. Ce système de freinage ne doit pas comprendre des aimants. Cette force peut être d'origine purement mécanique, ce qui permet que le système de freinage suivant l'invention puisse se passer de courant électrique. En fonction de la force de freinage souhaitée, on fera usage de ressorts correspondants appropriés.
En particulier, selon une forme de réalisation du système de freinage suivant l'invention, chaque moyen de ressort est, à une première extrémité, en appui sur un corps de pontage susdit et, à une seconde extrémité, en appui contre une boîte à ressort qui le renferme au moins partiellement et supporte ledit patin de frein, chaque boîte à ressort étant reliée à un piston capable de coulisser dans une chambre du corps de pontage qu'ii divise en deux compartiments tandis que les moyens de commande sont agencés pour créer un différentiel de pression entre les deux compartiments par injection ou retrait de gaz et commander ainsi un déplacement de chaque piston avec sa boîte à ressort entre une première disposition dans laquelle !e moyen de ressort est dans sa position sollicitée et le patin de frein dans sa position haute et une seconde disposition dans laquelle le moyen de ressort libéré exerce son effort de freinage par i'intermédiaire du patin de frein en position basse en contact avec le raii. Le patin ainsi accroché à une ou plusieurs boîtes à ressort indépendamment de !a suspension primaire et de !a suspension secondaire du bogie peut ainsi être commandé par des moyens de commande qui ne sont ni magnétiques, ni électromagnétiques.
La force verticale d'application du patin de frein sur le rail est alors d'origine purement mécanique, c'est la somme des forces des moyens de ressort libérés, et elle est commandée par voie pneumatique. Elle est donc due à la détente de ressorts, préalablement comprimés en position sollicitée par des pistons de vérins pneumatiques et libérés ensuite par ces mêmes vérins. Suivant une configuration simple des moyens de commande, ceux-ci sont constitués d'un circuit pneumatique courant de véhicule sur rail. En effet la plupart des véhicules sur rail disposent d'un circuit pneumatique général qui est mis en service par le conducteur et qui peut donc aisément être relié aux compartiments de la chambre du corps de pontage pour créer le différentiel de pression précité. De préférence, le système de freinage suivant l'invention comprend en outre un support de patin de frein qui est accroché à ladite au moins une boîte à ressort, le patin de frein étant fixé au support de patin de frein par l'intermédiaire d'un assemblage glissant et non collé qui permet un jeu longitudinal limité entre ceux-ci en position basse de freinage. Le patin de frein peut ainsi glisser légèrement par rapport à son support jusqu'à une limite imposée par exemple par une butée prévue à cet effet dans le corps de pontage. Ceci supprime les problèmes de tenue de colle à la chaleur et de différences de dilatation entre matériaux. Cette façon de faire facilite également le choix du matériau pour le patin de frein puisqu'il ne faut tenir compte que des seules caractéristiques liées à l'usure et au coefficient de frottement.
Dans une telle configuration il faut noter que le système suivant l'invention peut former un ensemble hermétique où le patin de frein est la seule pièce mobile visible de ce système. Son remplacement peut s'effectuer en quelques minutes sans autre opération que le desserrage de son support. De manière avantageuse, dans le système de freinage suivant l'invention, chaque corps de pontage peut comporter des moyens de guidage de patin de frein capables de guider un patin de frein parallèlement au rail pendant un déplacement de celui-ci entre ses deux positions extrêmes. Ceci contribue à ce que le patin de frein, maintenu parallèle au rail pendant sa descente vers ce dernier, puisse réaliser un freinage régulier, uniforme et fiable par un contact avec le rail directement sur toute la longueur du patin.
Avantageusement, dans le système de freinage suivant l'invention lesdits moyens de guidage de patin de frein peuvent comprendre une timonerie avant reliée entre le corps de pontage et une boîte à ressort avant et une timonerie arrière reliée, de manière symétrique, entre le corps de pontage et une boîte à ressort arrière des moyens de ressort successifs, La timonerie contribue à ce que les patins de frein restent constamment parallèles aux rails.
De préférence, le système de freinage suivant l'invention peut comprendre un système de refroidissement de patin de frein pourvu de moyens d'alimentation en un fluide de refroidissement et de passages situés dans le patin de frein et alimentés en ce fluide par lesdits moyens d'alimentation pour refroidir ledit patin de frein. Pour préserver la qualité de freinage et allonger la durée de vie du patin de frein ce système de refroidissement permet de contrôler que le patin de frein ne soit pas chauffé excessivement, notamment par un refroidissement au c ur même de la zone de frottement entre le patin de frein et !e rail.
Suivant une forme de réalisation de l'invention les moyens de commande permettent le déplacement du patin de frein entre !a position haute et la position basse de freinage d'une manière progressive ou d'un seul coup. La conception du système de freinage permet en effet, sans aucune modification, d'être utilisé comme frein normal pour seulement ralentir la vitesse du véhicule ou comme frein d'arrêt d'urgence. On peut par exempte prévoir une libération totale et immédiate des moyens de ressort qui se détendent brusquement et provoquent un freinage de type bloquant du véhicule. Dans ce cas, le freinage peut devenir très puissant avec des distances de mise à l'arrêt du train cinq fois plus courtes que les distances obtenues avec les systèmes de freinage traditionnels.
Suivant une forme perfectionnée de réalisation de l'invention, le patin de frein présente, en section transversale, une surface de contact parallèle à une surface sommitale du rail, avec laquelle elle entre en contact en position basse du patin de frein, et un boudin latéral qui, d'un côté du patin, fait saillie vers le bas à partir de cette surface de contact pour un guidage du patin de frein sur une surface latérale du rail. Ce profil transversal spécifique peut être semblable au profil transversal d'une roue et être placé, lors du montage, dans l'alignement du profil de celle-ci. En service, l'alignement pourra être maintenu notamment par lesdits moyens de rotule qui sont fixés aux boîtes à roulements des essieux et qui ne tolèrent aucun déplacement latéral relatif entre Se corps de pontage et les essieux et donc les roues.
Etant donné la forme spécifique du profil d'un tel patin de frein, ce système de freinage contribue, comme les roues, au guidage du véhicule sur les rails. Son passage dans les appareils de voie devient possible pendant le freinage.
Dans certains cas extrêmes, comme t'endommagement de la table de roulement d'une roue, ce système de frein avec ces moyens de guidage est capable de supprimer la charge sur la roue et de maintenir le bogie parfaitement aligné sur la voie, en évitant ainsi le déraillement, tout en exerçant un freinage rapide.
L'invention sera maintenant décrite plus en détail à l'aide des dessins qui illustrent une forme de réalisation préférée, non limitative, d'un système de freinage de véhicule sur rail.
La figure 1 montre de manière schématique un système de freinage suivant l'invention lorsque le patin de frein est dans une position haute à distance d'un rail. La figure- montre de manière schématique ce système de freinage lorsque le patin de frein est dans une position basse de freinage en contact avec le rail.
La figure 3 illustre une vue latérale d'un système de freinage suivant l'invention qui est partiellement brisée suivant la ligne lll-lil de la figure 6.
Les figures 4 et 5 montrent une vue en coupe suivant la ligne V-V de la figure 6 du patin de frein suspendu dans le corps de pontage lorsque le patin de frein est respectivement en position haute et en position basse de freinage.
La figure 6 illustre une vue du dessus du système de freinage des figures 3 à 5 sur un bogie.
Les figures 7 et 8 montrent une vue en coupe suivant la ligne VII-VII de la figure 6 d'un système de refroidissement du patin de frein suivant l'invention lorsque le patin de frein est respectivement en position haute et en position basse de freinage.
Dans les dessins une même référence a été attribuée à un même élément ou à un élément analogue.
L'invention concerne un système de freinage de véhicule sur rail. Le véhicule représenté schématiquement aux figures 1 et 2 comprend un corps de véhicule 100, supporté sur deux bogies 3 et 3A, chaque bogie comprenant un premier essieu 1 et un second essieu 2, et chaque essieu reliant une roue représentée à une roue correspondante non représentée. La figure 1 montre le système de freinage en position passive, c'est-à-dire que le système de freinage n'interagit pas avec le rail 30. Par contre, la figure 2 montre ce système de freinage en position active lorsqu'il interagit avec Se rail 30. En position passive ce système de freinage est situé à quelques millimètres du rail 30, de préférence parallèlement à ce dernier, cette distance étant définie lors de la conception et construction du système de freinage.
Un système de suspension courant, représenté par des ressorts, contrôle les oscillations verticales du corps de véhicule 100 pour éviter le cahotement du véhicule et garantir sa stabilité isurHes rails 30. Chaque bogie 3 est en effet relié au corps de véhicule 100 par une suspension secondaire S, les essieux 1 et 2 étant reliés aux bogies 3 par une suspension primaire P. Le système de freinage selon l'invention est indépendant de ces suspensions primaire P et secondaire S du véhicule ce qui veut dire qu'il n'est pas affecté par les oscillations verticales du corps de véhicule 100.
Dans la forme de réalisation de l'invention décrite, les bogies du véhicule sont similaires et donc, par simplicité, on se référera dans la suite au seul bogie 3. Le système de freinage de l'invention comprend un corps de pontage 10 reliant les essieux 1 et 2 du bogie 3. Il comprend au moins un patin de frein 20 suspendu au corps de pontage 10 au-dessus du rail 30, ledit patin de frein 20 ayant deux positions extrêmes, une position haute située à distance constante du rai! 30 (comme représenté à la figure 1 ), et une position basse de freinage en contact avec le rail 30 (comme représenté à la figure 2), et il comprend aussi des moyens de commande non représentés sur ces schémas qui sont capables de déplacer le patin de frein 20 entre la position haute et la position basse de freinage, et éventuellement inversement (par exemple comme décrit plus en avant dans la description).
Le corps de pontage 10 est un corps longitudinal qui, du fait qu'il est relié aux deux essieux 1 et 2 d'un même bogie 3, est maintenu toujours à la même distance du rail 30. Le corps de pontage 10 prend appui directement au niveau des essieux 1 et 2 du bogie 3 avant la suspension primaire P du bogie 3, d'où le terme de « pontage » qui doit être compris comme un court-circuitage des suspensions du véhicule.
Les figures 3 à 8 illustrent un exemple de réalisation de système de freinage suivant l'invention. Dans la figure 3 le corps de pontage 10 est partiellement brisé pour montrer les éléments intérieurs.
Le corps de pontage 10 présente une première extrémité 12 qui est reliée au premier essieu 1 du bogie 3, et il présente une seconde extrémité (non visible) qui est reliée au second essieu 2 du bogie 3. Dans i'exemple illustré, des moyens de rotule 11 , reliés de manière fixe aux boîtes à roulement courantes 82 des essieux des roues, permettent cette liaison entre les deux essieux 1 et 2 du bogie 3 et les deux extrémités du corps de pontage 10. Les extrémités du corps de pontage 10 sont agencées dans les moyens de rotule 1 1 pour permettre des mouvements relatifs entre le bogie 3 et le corps de pontage 10. Ces mouvements relatifs consistent en des coulissements longitudinaux limités du corps de pontage dans les rotules en direction parallèle au rail 30, et des mouvements de rotation autour du point central de la rotule. Les moyens de rotule 1 et les deux extrémités du corps de pontage 10 permettent ainsi un libre débattement de la suspension primaire P du bogie 3.
La position haute à distance constante du rail 30 que présente le patin de frein 20 suspendu au corps de pontage 10 correspond à une position où le système de frein est débloqué. Donc, le véhicule peut se mettre en mouvement, c'est-à-dire démarrer, ou bien il peut continuer son mouvement lorsqu'il est déjà en déplacement, ou encore il peut accélérer. Par contre, la position basse de freinage en contact avec le rail correspond à une position où le système de frein est en service et, donc, le véhicule est maintenu à l'arrêt, ou bien, s'il est en mouvement, il est ralenti. Dans cette position le patin de frein 20 est appliqué contre le rail 30, de préférence de façon modulable.
Dans l'exemple illustré, plusieurs moyens de ressort 50 sont agencés entre, d'une part, le corps de pontage 10 et, d'autre part, le patin de frein 20. Chacun présente une position sollicitée dans un état de déformation (voir figure 4) et une position libérée dans laquelle il est rappelé vers un état de repos (voir figure 5). Lorsque le patin de frein 20 est en position haute le moyen de ressort 50 est en position sollicitée ; lorsque le patin de frein 20 est en position basse de freinage le moyen de ressort 50 est libéré et rappelé vers sa position de repos. Ce sont les moyens de commande qui maintiennent le moyen de ressort 50 dans sa position sollicitée et le libèrent dans sa position libérée. Sur les figures 4 et 5 chaque moyen de ressort' 50 est à une première extrémité 27 en appui sur un élément du corps de pontage 10, le couvercle de fermeture 29, et à une seconde extrémité 28 en appui contre le fond d'une boîte à ressort 23 qui renferme au moins partiellement !e moyen de ressort et supporte le patin de frein 20. Chaque boîte à ressort 23 est reliée à un piston 25 capable de coulisser dans une chambre du corps de pontage 10 qu'il divise en deux compartiments 41 et 42 (voir figure 5). L'étanchéité de ce coulissement est assurée par des joints d'étanchéité 26. Ladite chambre du corps de pontage 10 est fermée dans la partie opposée au rail 30 par le couvercle 29 sur lequel le piston 25 et le moyen de ressort 50 sont en appui lorsque le moyen ressort 50 est dans sa position sollicitée.
Les moyens de commande sont agencés pour créer un différentiel de pression entre les deux compartiments 41 et 42 par injection ou retrait d'un fluide qui peut être un gaz ou un liquide, et commander ainsi un déplacement de chaque piston 25 avec sa boîte à ressort 23. Ce déplacement est effectué entre une première disposition dans laquelle le moyen de ressort 50 est dans sa position sollicitée et donc le patin de frein en position haute et une seconde disposition dans laquelle le moyen de ressort libéré et rappelé vers sa position de repos exerce un effort de freinage par l'intermédiaire du patin de frein en position basse en contact avec le rail. Pour que le moyen de ressort 50 soit dans sa position sollicitée, et que le piston 25 soit appuyé contre le couvercle 29, le compartiment 42 doit présenter une valeur de pression maximale qui est supérieure à la force développée par le moyen de ressort. Pour que le moyen de ressort 50 soit dans sa position libérée le différentiel de pression établi entre les deux compartiments 41 et 42 est diminué progressivement ou brusquement d'un coup de façon que le compartiment 42 parvienne à une valeur de pression inférieure à la force développée par le moyen de ressort 50. On peut alors même prévoir rétablissement d'un équilibre de pression entre les deux compartiments 41 et 42.
La force de freinage, c'est-à-dire la poussée verticale maximum du patin de frein 20, est déterminée lors de la conception du système de freinage en considérant les caractéristiques physiques propres aux différents éléments compris dans le système de freinage, cette poussée dépendant de la charge minimum disponible sur le bogie 3, du délestage possible des roues, du coefficient d'adhérence des matériaux de friction des freins de patin 20, et de la décélération que Ton souhaite provoquer.
La force de freinage entre le patin de frein 20 et le rail 30 est une force verticale qui peut être très grande et est obtenue en transférant une partie des charges supportées par les roues vers !e patin de frein 20. Un exemple est montré à la figure 1 pour un véhicule de 80 tonnes (F=80). La répartition de la charge avec le système de freinage hors service, figure 1 , est de 40 tonnes par bogie 3 (F1 =40) et de 20 tonnes par essieu (F2=20), soit 10 tonnes par roue. La figure 2 montre la répartition de la charge avec le système de freinage en fonction. Plus ta charge sur le patin de frein 20 est augmentée (F3), plus les roues peuvent être délestées (F2) . Le cumul des forces (F2 + F3) en théorie est égal à la force F. Donc par exemple, si chaque essieu présente une force F2 égale à la force produite par 15 tonnes cela veut dire que le patin de frein 20 présente une charge de 10 tonnes en présence du véhicule précité de 80 tonnes (F=80), conformément à l'équation [2(F2) + F3]2 = F = [2(15) + 10]2 = 80. Ainsi, la pression maximum sur les patins de frein 20 correspond à la force maximum développée par l'ensemble des moyens de ressort 50 et l'ensemble des pistons 25, qui prennent appui sur le corps de pontage 10.
L'effort de freinage obtenu suivant l'invention est avantageusement transmis au bogie par l'intermédiaire de moyens de transmission 83 qui, dans l'exemple de réalisation illustré, sont agencés entre le corps de pontage et le châssis du bogie et qui permettent simultanément les oscillations verticales et latérales du bogie. Ces moyens de transmission peuvent consister en éléments connus usuels, tels que des silentblocs ou des butées en deux parties capables de coulisser verticalement et horizontalement dans un sens latéral l'une par rapport à l'autre. Le corps de pontage 10 comporte des moyens de guidage de patin de frein qui guident celui-ci parallèlement au rail 30 pendant son déplacement entre ses deux positions extrêmes. Ce système de guidage assure la symétrie du mouvement du patin de frein 20 entre sa partie avant (vers le premier essieu 1 ) et sa partie arrière (vers le second essieu 2) du bogie 3, de manière à ce qu'il reste parallèle au rail 30, quelle que soit sa position.
Ainsi qu'il ressort de la figure 3 plusieurs moyens de ressorts 50 successifs, agencés chacun dans une boîte à ressort 23, peuvent être disposés entre le corps de pontage 0 et le patin de frein 20. Le nombre de moyens de ressort 50 va dépendre des spécificités du système de freinage selon les caractéristiques du train, nombre de véhicules, poids, vitesse, etc. Ces spécificités sont déterminées lors de la conception et construction du système de freinage. Lesdits moyens de guidage du patin de frein 20 comprennent dans l'exemple illustré une timonerie avant 70 reliée entre le corps de pontage 10 et une boîte à ressort 23 avant et une timonerie arrière (non visible sur les figures) reliée, de manière symétrique, entre le corps de pontage 10 et une boîte à ressort 23 arrière des moyens de ressort 50 successifs. Ces timoneries avant et arrière présentent une configuration traditionnelle comprenant au moins une crémaillère 71 commandée par au moins un levier 73 et elles sont reliées l'une à l'autre par un agencement à ievier de renvoi 72.
La synchronisation des patins de frein 20 du bogie 3 d'un même véhicule est aussi avantageusement assurée. Ainsi qu'il ressort de ia figure 6, le bogie 3 présente un premier corps de pontage 10A et un second corps de pontage 10B, ceux-ci étant reliés par des barres de transmission 55. Les barres de transmission 55 sont elles-mêmes reliées aux timoneries 70.
Dans l'exemple illustré, les moyens de commande de déplacement du patin de frein 20 sont constitués du circuit pneumatique courant, existant habituellement sur les véhicules sur rail. Ce circuit comprend une source de gazi somprimé 45 représentée de manière schématique sur la figure 6.
Le différentiel de pression entre les deux compartiments 41 et 42 de la chambre du corps de pontage 10 est réalisé dans le présent exemple par l'injection de gaz comprimé dans les compartiments 42 des chambres des corps de pontage 10. Cette injection doit être uniforme tant au côté gauche qu'au côté droit du véhicule pour assurer une égalité de pression entre le système de frein gauche et le droit. Ce fluide est envoyé aux compartiments 42 par une conduite générale 58 qui est alimentée par la source de gaz comprimé 45 et qui est localisée autour des barres de transmission 55. Une sortie pour gaz comprimé non représentée, obturable de manière courante, est prévue dans le compartiment 42. Un accès à l'air libre 80 est prévu dans le compartiment 41 . Toutes les montées ou descentes du piston 25 engendrent une variation du volume du compartiment 41. Afin que cette variation de volume n'engendre pas une augmentation de la pression (lorsque le piston monte) ou une dépression (lorsque le piston descend) qui gêneraient le déplacement du piston 25, l'air du compartiment 41 doit pouvoir entrer ou sortir librement dans celui-ci. Le déplacement de chaque piston 25 avec sa boîte à ressort 23 dans les positions dans lesquelles les moyens de ressort 50 sont dans leur position sollicitée est donc obtenu par injection de gaz comprimé dans le compartiment 42 dont la sortie pour gaz est fermée. Cette sortie est, d'une manière courante dans les circuits pneumatiques de trains, ouverte pour laisser s'échapper à l'air libre le gaz comprimé, lorsque les moyens de ressort doivent être libérés.
Le patin de frein 20 est, par l'intermédiaire d'un assemblage glissant et non collé, fixé à un support de patin de frein 21 qui est accroché à une boîte à ressort 23. Cet assemblage permet un jeu longitudinal entre le patin de frein et le support de patin en position basse de freinage. L'effort de freinage lorsque ie patin de frein 20 frotte sur le rail 30 peut produire beaucoup de chaleur. Le patin de frein 20 tend alors à se dilater, ce dont tient compte l'assemblage représenté où le patin de frein 20 est relié à son support 21 par un montage en queue-d'aronde, où ces deux éléments restent partiellement espacés l'un de l'autre. Lorsque le patin de frein 20 est chaud et dilaté, cet espace permet une déformation contrôlée de celui-ci.
Dans le système de freinage selon l'invention, le rail 30 joue le même rôle que le disque de frein dans un frein classique. La différence fondamentale réside dans le fait que la partie frottée (le rail 30) est sans cesse renouvelée et donc froide, ce qui n'est pas le cas d'un disque de frein qui accumule la chaleur. Comme précaution supplémentaire on peut prévoir de remédier, suivant l'invention, au problème d'une chaleur excessive par la présence d'un dispositif de refroidissement. On peut par exemple prévoir un premier système de refroidissement de patin de frein 20 qui comprend des moyens d'alimentation en un fluide de refroidissement courants, non représentés, et des passages 81 situés dans le corps de pontage 10 et des passages 61 situés dans le patin de frein 20 qui sont alimentés en ce fluide pour refroidir ledit patin de frein 20 (voir figures 7 et 8). Dans une forme de réalisation préférée les passages 81 sont reliés à des flexibles 60 qui communiquent avec les passages de patin de frein 61 , pour tenir compte du déplacement du patin de frein 20 pendant sa descente. Cette configuration n'est pas limitative, d'autres configurations pour alimenter en fluide refroidissant le patin de frein 20 peuvent être envisagées. Par exemple, un second circuit de refroidissement peut comprendre des seconds passages 59 pour refroidir l'espace entre le support de patin 21 et le corps de pontage 10. Ces deux circuits peuvent être prévus conjointement ou isolément et ils peuvent être complètement séparés et distribuer des fluides différents suivant les buts recherchés, soit un pur refroidissement, soit une amélioration du coefficient de freinage, soit un contrôle de l'usure des matériaux.
Le système de freinage déjà décrit prévoit que les moyens de commande permettent le déplacement entre la position haute et la position basse de freinage d'un seul coup, c'est-à-dire qu'un freinage d'urgence soit provoqué par une chute de pression complète dans les compartiments 42 des chambres des corps de pontage 10A et 10B engendrée elle-même par une chute de pression dans la condeife générale du corps de véhicule 100 et du train. Elle peut être, comme pour les autres freins, commandée par le conducteur, un voyageur à n'importe quel point du train prévu à cet effet ou par une rupture d'attelage et donc de la conduite générale.
Avantageusement, le patin de frein 20 présente une forme particulière en section transversale, son profil suivant le profil d'une roue. En section transversale, le patin de frein présente une surface de contact parallèle à la surface sommitale du rail, avec laquelle elle entre en contact en position basse du patin de frein et un boudin latéral qui, d'un côté du patin de frein 20, fait saillie vers le bas à partir de cette surface de contact pour un guidage du patin de frein 20 sur une surface latérale du rai! 30.
Il doit être entendu que la présente invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite ci-dessus et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre des revendications.
On peut envisager que les vérins pneumatiques à simple effet mis en œuvre dans l'exemple illustré soient remplacés par des vérins pneumatiques à double effet où les compartiments 41 sont remplis non d'air atmosphérique, mais eux aussi de fluide sous pression. Dans un tel cas on peut même envisager aussi de se passer des moyens de ressort 50.
On peut par exemple aussi prévoir, au lieu de vérins pneumatiques pour maintenir le patin en position haute, des moyens de retenue purement mécaniques, qui, en position fermée, retiennent les ressorts en position comprimée, et des moyens de commande, mécaniques ou électriques, qui ouvrent les moyens de retenue et ainsi libèrent les ressorts et la descente brusque du patin de frein 20. De tels systèmes de freinage sont particulièrement appropriés pour le freinage bloquant du véhicule et ne sont pas prévus pour une remontée du patin commandée par le conducteur.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Système de freinage de véhicule sur rail comprenant :
au moins un corps de pontage (10) reliant un premier (1 ) et un second (2) essieu d'un bogie (3),
au moins un patin de frein (20) suspendu à un corps de pontage susdit(10) au-dessus d'un rail (30), ledit patin de frein (20) ayant deux positions extrêmes, une position haute située à distance constante du rail (30), et une position basse de freinage en contact avec le rail (30), et
des moyens de commande pouvant déplacer ledit au moins un patin de frein (20) entre la position haute et la position basse de freinage et éventuellement inversement.
2. Système de freinage selon la revendication 1 , dans lequel chaque corps de pontage (10) est relié au premier (1 ) et au second (2) essieu par l'intermédiaire de moyens de rotule (1 1 ), ces moyens de rotule (1 1 ) étant agencés pour permettre des mouvements relatifs angulaires entre les essieux (1 ) et (2) et le corps de pontage (10) ainsi qu'un coulissement horizontal limité du corps de pontage dans les moyens de rotule.
3. Système de freinage selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel chaque corps de pontage (10) comporte des moyens de guidage de patin de frein capables de guider un patin de frein (20) parallèlement au rail (30) pendant un déplacement de celui-ci entre ses deux positions extrêmes.
4. Système de freinage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé :
- en ce qu'il comprend au moins un moyen de ressort (50) agencé entre, d'une part, un corps de pontage susdit (10) et, d'autre part, un patin de frein précité(20), en présentant une position sollicitée, dans laquelle il est dans un état de déformation, et une position libérée, dans laquelle il est rappelé vers un état de repos, - et en ce que les moyens de commande maintiennent ledit au moins un moyen de ressort (50) dans sa position sollicitée lorsque le patin de frein (20) doit être en position haute et le libèrent lorsque le patin de frein (20) doit être amené en position basse de freinage, dans laquelle ie moyen de ressort exerce un effort de freinage sur le rail par l'intermédiaire du patin de frein.
5. Système de freinage selon la revendication 4, caractérisé :
- en ce que chaque moyen de ressort (50) est, à une première extrémité (27), en appui sur un corps de pontage susdit (10) et, à une seconde extrémité (28), en appui contre une boîte à ressort
(23) qui le renferme au moins partiellement et supporte ledit patin de frein (20),
- en ce que chaque boîte à ressort (23) est reliée à un piston (25) capable de coulisser dans une chambre du corps de pontage (10) qu'il divise en deux compartiments (41 et 42), et
- en ce que les moyens de commande sont agencés pour créer un différentiel de pression entre les deux compartiments (41 et 42) par injection ou retrait d'un fluide et commander ainsi un déplacement de chaque piston (25) avec sa boîte à ressort (23) entre une première disposition dans laquelle le moyen de ressort (50) est dans sa position sollicitée et le patin de frein dans sa position haute et une seconde disposition dans laquelle ie moyen de ressort libéré exerce son effort de freinage par l'intermédiaire du patin de frein en position basse en contact avec le rail.
6. Système de freinage selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un support de patin de frein (21 ) qui est accroché à ladite au moins une boîte à ressort (23) et en ce que le patin de frein (20) est fixé au support de patin de frein (21 ) par l'intermédiaire d'un assemblage glissant et non collé qui permet un jeu longitudinal limité entre ceux-ci en position basse de freinage.
7. Système de freinage selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de guidage de patin de frein comprennent une timonerie avant (70) reliée entre ie corps de pontage et une boîte à ressort avant et une timonerie arrière reliée, de manière symétrique, entre le corps de pontage (10) et une boîte à ressort arrière des moyens de ressort (50) successifs.
8. Système de freinage selon l'une des revendications précédentes, comprenant un système de refroidissement de patin de frein pourvu de moyens d'alimentation en un fluide de refroidissement et des passages (61 ) situés dans le patin de frein (20) et alimentés en ce fluide par lesdits moyens d'alimentation pour refroidir ledit patin de frein (20).
9. Système de freinage suivant l'une des revendications 1 à 8, dans lequel les moyens de commande permettent le déplacement du patin de frein (20) entre la position haute et la position basse de freinage d'une manière progressive ou d'un seul coup.
10. Système de freinage suivant l'une des revendications 1 à 9, dans lequel les moyens de commande sont constitués d'un circuit pneumatique courant de véhicule sur rail.
1 1. Système de freinage suivant l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que, en section transversale, le patin de frein (20) présente une surface de contact parallèle à une surface sommitale du rail, avec laquelle elle entre en contact en position basse du patin de frein (20), et un boudin latéral qui, d'un côté du patin de frein (20), fait saillie vers le bas à partir de cette surface de contact pour un guidage du patin de frein (20) sur une surface latérale du rail (30).
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