Pour respecter les indications des signaux, pour conserver une allure modérée sur les pentes, pour obtenir rapidement l'arrêt dans les gares et, enfin, pour éviter les collisions contre les obstacles qui se présenteraient inopinément sur la voie, le machiniste doit avoir à sa disposition un moyen d'enraiement qui doit être d'autant plus puissant que la vitesse est plus grande ou que la charge remorquée est plus lourde.
Jusqu'en 1933, le freinage des trains de marchandises était assuré uniquement par le frein de la locomotive, celui du fourgon et éventuellement par quelques freins isolés, convenablement répartis selon la charge remorquée et le profil de la voie. Entre ces freins, mis en œuvre par des agents différents, il n'existait aucune solidarité ; on ne pouvait donc jamais compter qu'ils seraient actionnés simultanément. De plus, entre le moment où le machiniste donnait les coups de sifflets réglementaires invitant les agents à serrer leurs freins et celui où les freins étaient serrés, il s'écoulait un temps précieux.
Depuis 1877, tous les trains de voyageurs et depuis 1933, tous les trains de marchandises sont équipés de freins continus. Cependant, pour l'exposé des généralités, nous considérerons spécialement les trains de voyageurs, parce que l'équipement du frein continu aux trains de marchandises présente certaines particularités que nous signalerons plus loin.
Les freins sont dits continus, lorsque les freins de tous les véhicules sont reliés entre eux et mis en action d'un seul point du train (normalement par le machiniste).
Les freins sont dits automatiques lorsqu'ils s'appliquent d'eux-mêmes en cas d'avarie de nature à compromettre leur fonctionnement (ruptures d'attelages, fuites importantes, etc.).
Il est à peine besoin de souligner la supériorité des freins continus. L'efficacité d'un frein est, en effet, d'autant plus grande que son action est plus énergique et qu'elle s'exerce plus rapidement. Or, étant donné qu'avec les freins continus tous les véhicules composant le train sont freinés, ces freins seront, toutes choses égales, les plus puissants, la puissance d'enraiement pouvant être portée à son maximum. En outre, un seul agent intervenant pour leur mise en œuvre, l'application des freins peut être extrêmement rapide ; les pertes de temps et les aléas des freins discontinus disparaissent.
Ajoutons cependant que la transmission du freinage d'un véhicule à l'autre ne pouvant être instantanée au sens strict du mot, le meilleur système, toutes choses égales, sera celui dans lequel le freinage de tous les véhicules composant le train se fera avec le plus de simultanéité. Les freins dits à action rapide ont été étudiés en vue de réduire au minimum le temps qui s'écoule entre le moment où le machiniste actionne la commande du frein et celui où le frein du dernier véhicule s'applique.
On dit qu'un frein est modérable lorsque la pression des blocs sur les roues peut être réglée à volonté.
Il y a lieu, de plus, de classer les freins continus en deux catégories, ceux qui sont modérables, tant au serrage qu'au desserrage, tel le frein direct à air comprimé, et ceux qui ne sont modérables qu'au serrage, comme le frein Westinghouse automatique. Ce dernier, en effet, n'est pas modérable au desserrage (note 634), une réduction du freinage ne peut être obtenue avec ce système de frein qu'en lâchant complètement les freins et en les serrant à nouveau au degré voulu.
Les freins continus se classent en deux grandes catégories :
Les freins à air comprimé sont d'un usage général en Europe continentale et en Amérique ; les freins à vide sont surtout employés en Angleterre, aux Indes et au Congo belge.
Toutes les roues freinées comportent des blocs en fonte suspendus au châssis par des pendules et pressés contre les bandages par un système de tringles et de leviers, dont l'ensemble constitue la timonerie. Celle-ci est commandée par le piston du cylindre de frein.
Les blocs de frein agissent d'un côté seulement ou des deux côtés des roues.
En Belgique, tous les tenders sont équipés en outre d'un frein à main à commande à vis. Les tenders d'origine allemande sont pourvus d'un frein à main à contrepoids.
Le frein à vis est plus lent que le frein à contrepoids, mais il est plus énergique, car on dispose pour amplifier l'effort musculaire exercé par le chauffeur sur le volant de la vis, du rayon du volant, du pas de la vis et des combinaisons que permettent les leviers calés sur l'arbre de frein.
L'expérience a démontré que le freinage produit par le frottement d'un bloc de frein pressant sur un bandage est plus énergique si la roue freinée continue à tourner que si elle est calée ; dès que le calage se produit, l'effort retardateur diminue. Il faut donc graduer la pression de telle manière que le calage ne se produise pas.
La pression du bloc sur la roue avant son calage pourra être d'autant plus grande que l'adhérence de la roue au rail sera plus grande et partant que la roue sera plus chargée. Le frein à main d'un tender chargé à son maximum de combustible et d'eau pourra donc être plus énergique que si le même tender est vide de ses approvisionnements.
L'expérience a encore montré que, pour le même effort, le calage de la roue freinée se produira plus vite si la roue tourne lentement que si elle tourne vite. Il s'ensuit qu'une roue freinée, non calée alors que le train est encore en vitesse, pourra très bien se caler quand le ralentissement se sera accentué, si la pression du bloc sur le bandage est restée la même. Cette considération fait apparaître l'utilité d'un système de frein dans lequel la pression sur les blocs est grande au début du freinage, lorsque la vitesse est élevée, et va en diminuant ensuite régulièrement jusqu'au taux ordinairement admis (frein rapide Westinghouse à haute pression, employé sur les trains blocs circulant entre Bruxelles et Anvers avant la guerre 1914-1918).
Le frein à air comprimé est appliqué sous deux formes : le frein direct et le frein automatique.
Nous commencerons par décrire le frein Westinghouse automatique, qui est d'un emploi général en Belgique.
Dégageons d'abord le principe de ce frein.
Le frein Westinghouse est un frein dans lequel l'air comprimé joue le rôle principal. Cet air comprimé, comme la vapeur, cherche constamment à occuper un plus grand volume ; si l'on augmente le volume, la pression de l'air diminue et inversement, si l'on diminue le volume, la pression augmente.
La locomotive porte (fig. 749) une petite pompe à vapeur, appelée compresseur, dénommée communément pompe à air. Cette pompe aspire l'air à l'extérieur et le refoule, en le comprimant à une pression de 8 kg/cm², dans un réservoir placé aussi sur la locomotive et dénommé réservoir principal. Le réservoir principal communique à son tour avec une conduite qui règne sur toute la longueur du train et que l'on nomme pour ce motif conduite générale. Enfin, sous chaque véhicule se trouvent installés : un cylindre appelé cylindre de frein, un petit réservoir dénommé réservoir auxiliaire et un appareil distributeur qui a reçu le nom de triple valve.
La communication entre le réservoir principal et la conduite générale se fait en manœuvrant le robinet du mécanicien et en le plaçant dans la position M de la figure 749.
Fig. 749. - Principe du frein Westinghouse. - Freins desserrés.
Fig. 750. - Principe du frein Westinghouse. - Freins serrés.
De même que la vapeur emmagasinée dans une chaudière s'échappe vers les cylindres quand on ouvre le modérateur, l'air comprimé du réservoir principal cherche à occuper un plus grand volume ; aussi quand on met le robinet du mécanicien dans la position M, cet air du réservoir principal se répand dans la conduite générale. Or, comme la conduite générale communique par la triple valve avec le réservoir auxiliaire de chaque véhicule, l'air comprimé de la conduite générale vient remplir les réservoirs auxiliaires. C'est cet air comprimé, emmagasiné dans les réservoirs auxiliaires qui produira le serrage des freins, comme nous le verrons plus loin.
La triple valve, qui est un appareil assez compliqué, a été beaucoup simplifiée sur les figures 749 et 750. Elle se compose essentiellement d'un corps cylindrique dans lequel peut monter et descendre un petit piston P. Ce piston P est pourvu d'une tige qui glisse à frottement doux dans la partie supérieure de la triple valve. Cette tige est creusée d'une rainure K et d'un conduit E.
Remarquons aussi que la triple valve est en communication avec la conduite générale, avec le réservoir auxiliaire et avec le cylindre de frein, c'est donc un distributeur à trois voies.
Sous la pression de l'air comprimé de la conduite générale, le piston P est refoulé vers le haut et dans cette position, on voit (fig. 749) que l'air comprimé de la conduite générale passe entre ce piston et la paroi de la triple valve par la rainure D, dite rainure d'alimentation, puis par la rainure K et pénètre par le conduit B dans le réservoir auxiliaire ; à ce moment, la pression dans le réservoir auxiliaire est sensiblement la même que dans la conduite générale.
D'autre part, le cylindre de frein communique par le conduit A et le petit canal E avec l'air extérieur.
Supposons maintenant que le machiniste ayant vu le signal à l'arrêt, veuille serrer les freins. Que va-t-il faire ?
Il va mettre le robinet dans la position N de la figure 750 ; dans ces conditions, le réservoir principal ne communique plus avec la conduite générale, il est isolé et constitue une réserve d'air comprimé.
Mais dans cette position N du robinet, la conduite générale communique avec l'air extérieur par l'ouverture W, c'est comme s'il se produisait une fuite dans la conduite générale, l'air comprimé s'en échappe en partie et la pression de l'air baisse dans la conduite, il se produit ce que l'on appelle une dépression.
Le piston P de la triple valve était maintenu en équilibre entre les pressions égales de la conduite générale et du réservoir auxiliaire, mais à présent l'équilibre est rompu, la pression de l'air du réservoir auxiliaire qui est restée la même, presse sur le piston P et l'emporte sur la pression de la conduite générale qui est diminuée, le piston descend donc et en descendant, il dépasse la rainure D et coupe ainsi la communication entre la conduite générale et le réservoir auxiliaire.
Mais en descendant, le piston a entraîné sa tige et l'on voit (fig. 750) qu'alors le cylindre de frein ne communique plus avec l'extérieur et que les conduits A et B sont complètement découverts, l'air comprimé du réservoir auxiliaire se précipite par A et B dans le cylindre de frein dont il pousse le piston en avant malgré le ressort. La tige du piston agit sur la timonerie et les blocs s'appliquent contre les roues.
Le machiniste veut-il lâcher les freins ?
Il ramène son robinet dans la position M (fig. 749), la communication de la conduite générale avec l'air extérieur est coupée, tandis que la communication du réservoir principal avec la conduite générale est rétablie. L'air comprimé du réservoir principal charge à nouveau la conduite générale. La pression de l'air du réservoir auxiliaire a baissé puisque cet air, en se rendant dans le cylindre de frein, occupe à présent un plus grand volume, la pression de l'air de la conduite générale l'emporte sur celle du réservoir auxiliaire et le piston P de la triple valve remonte. Il y a de nouveau communication de la conduite générale avec les réservoirs auxiliaires qui sont rechargés, tandis que l'air qui était entré dans le cylindre de frein s'en échappe par les conduits A et E et va se perdre dans l'atmosphère.
Le piston du cylindre de frein est ramené dans sa première position par le ressort et, par le jeu de la timonerie, les blocs s'écartent des roues.
Remarque. - Pour le matériel à voyageurs, la durée de remplissage du cylindre de frein est de 4 à 6 secondes ; la durée de vidange du cylindre est de 10 à 20 secondes.
Le frein Westinghouse, dont nous venons d'esquisser le principe, est continu parce que la conduite générale, régnant sur toute la longueur du train, réunit tous les freins entre eux, ceux-ci peuvent ainsi être commandés simultanément d'un seul point du train.
La conduite générale est constituée de longs tuyaux en acier étiré placés sous les véhicules. La réunion d'un tuyau d'un véhicule à celui du véhicule suivant se fait par des boyaux souples, s'emboîtant avec facilité l'un dans l'autre et réalisant un accouplement étanche (fig. 751).
Fig. 751
Le tendeur à vis de l'attelage tt ne permettant pas d'établir la conduite générale dans l'axe du véhicule, on la reporte sur le côté, mais symétriquement de part et d'autre de l'axe longitudinal, comme le montre la figure 751 ; de cette manière, l'accouplement se présente toujours dans les mêmes conditions quelle que soit l'orientation de la voiture.
S'il y a une passerelle entre voitures, la conduite générale est dédoublée de part et d'autre de la passerelle.
A chaque extrémité de la conduite d'un véhicule se trouve un robinet d'arrêt R qui permet, d'une part, de fermer la conduite en queue de train et, d'autre part, d'isoler un véhicule quelconque pour les remaniements de composition en cours de route, sans laisser échapper l'air des appareils de frein. Les robinets sont fermés quand leur poignée est parallèle à la conduite et ouverts, quand cette poignée est perpendiculaire à la conduite.
Le robinet d'arrêt est à trois voies et, quand il est fermé, il met l'accouplement en communication avec l'atmosphère par un trou de vidange.
La raison d'être essentielle de ce trou de vidange est de faire découvrir immédiatement tout défaut de continuité qui pourrait exister dans la conduite générale du train, par suite de la fermeture d'un robinet d'arrêt.
Dans ce cas, tout l'air de la conduite générale de la partie de la rame opposée à ce robinet s'échapperait par le trou de vidange et les freins se serreraient.
L'échappement d'air par le trou de vidange est assez important et, de ce chef, assez bruyant pour faire découvrir rapidement le robinet fermé.
Remarquons que, si l'échappement d'air par le trou de vidange se produisait dans la partie de la rame située du côté de la locomotive, les freins ne pourraient pas se serrer si la soupape d'alimentation était trop puissante et compensait la perte d'air.
Subsidiairement, l'échappement par le trou de vidange évite que les rondelles de joint en caoutchouc soient projetées hors des têtes d'accouplement lors du désaccouplement des boyaux.
Enfin, quand l'ouvrier-manœuvre se dispose à désaccoupler deux véhicules d'un train, il ferme d'abord les deux robinets d'arrêt des deux véhicules voisins ; dans ces conditions, l'accouplement se vide et, lorsque l'ouvrier désaccouple les boyaux, l'opération est plus facile et l'agent ne reçoit pas la décharge d'air comprimé en pleine figure.
Grâce à la continuité, tous les freins du train sont commandés d'un seul point du train, normalement par le machiniste et partant sont mis en œuvre simultanément.
Le machiniste, qui est le mieux placé pour juger de l'opportunité d'un serrage, applique les freins sans retard, la continuité assure donc le maximum de rapidité dans l'application des freins.
Enfin, tous les véhicules des trains de voyageurs étant freinés, l'effort retardataire peut être porté à son maximum.
En cas de rupture d'attelages, les boyaux souples de freins se tendent et leurs têtes se désaccouplent ; dès lors, la pression baisse instantanément dans la conduite générale et les freins des deux tronçons s'appliquent, le frein Westinghouse est donc un frein automatique.
Les freins s'appliqueraient de même en cas de fuite importante à la conduite générale ; bref, chaque fois qu'une défectuosité quelconque tendrait à compromettre le fonctionnement du frein.
Il en résulte que, grâce à l’automaticité, un train ne saurait rouler avec un frein en mauvais état, c'est là une garantie précieuse commune aux freins automatiques.
Une obstruction accidentelle de la conduite générale, avant le départ, serait révélée par l'essai du frein. Les règlements prescrivent, en effet, que l'on procède à un «essai de continuité» chaque fois que la conduite générale du train a été interrompue ou que des véhicules ont été ajoutés en queue, l'essai de continuité donnant seul la certitude que les robinets d'arrêt ont bien été tous réouverts.
Une fuite à un cylindre de frein ne peut qu'empêcher ou retarder le serrage du frein de ce véhicule, elle ne nuit pas au fonctionnement du frein dans son ensemble ; tous les autres freins restent en état de servir.
Cette propriété, particulière aux freins automatiques, est d'une grande importance.
Son automaticité, le frein Westinghouse la tient de la présence du réservoir auxiliaire sous chaque véhicule. En effet, une rupture d'attelage peut se produire en un point quelconque du train, la partie séparée de la locomotive ne comprendrait-elle que le dernier véhicule, qu'elle posséderait quand même son réservoir d'énergie, le réservoir auxiliaire, dont l'air comprimé provoquerait le serrage des freins.
S'il n'y avait pas de réservoir auxiliaire, c'est-à-dire si la source d'énergie nécessaire au freinage se bornait au réservoir principal de la locomotive, la partie scindée, séparée de la locomotive, se trouverait privée de tout moyen de freinage, c'était le cas de l'ancien frein Westinghouse direct (non automatique).
Pour prévenir les tentatives criminelles, les administrations de chemins de fer ont reconnu l'utilité de mettre à la disposition des voyageurs un moyen d'arrêter les trains en cas de nécessité absolue.
Les freins continus permettent de réaliser aisément cet objectif. En effet, la conduite générale régnant sur toute la longueur du train, il suffit de mettre à la portée du voyageur une poignée (signal d'alarme) dont le déplacement provoquera une issue à l'air comprimé de la conduite générale de la voiture qu'il occupe pour obtenir l'arrêt du train.
En outre, il suffit de faire échapper cet air au travers d'un sifflet, monté extérieurement sur la voiture pour réaliser un signal avertisseur, d'où repérage facile du voyageur qui a actionné le signal.
L'appareil Westinghouse est construit comme suit (fig. 752) : chaque voiture est munie d'une boîte à sifflet A, placée à l'extrémité du toit et reliée à la conduite générale du frein par le tuyau de branchement B. Cette boîte à sifflet contient une soupape r.
Au-dessus de chaque compartiment se trouve une boîte-guide D, pourvue d'une poignée d'appel faisant saillie à l'intérieur du compartiment, de façon à pouvoir être atteinte facilement par les voyageurs.
Toutes les boîtes-guides d'une voiture sont reliées à la fois entre elles et à la boite à sifflet par un tube contenant un câble métallique C. Le câble repose sur des poulies, il est fixé par une de ses extrémités au levier de commande l de la soupape r et, par l'autre, au tendeur T de la boîte-guide extrême.
L'extrémité supérieure de la poignée d'appel est pourvue d'une poulie jouant sur le câble.
Fig. 752 - Signal d'alarme
Soupape r fermée.
La soupape r du sifflet est normalement fermée, mais si un voyageur tire la poignée d'appel d'un compartiment quelconque (fig. 753), il entraîne le câble c qui ouvre la soupape, l'air comprimé de la conduite générale venant par le tuyau B s'échappe par le sifflet S qui retentit.
Fig. 753. - Soupape r ouverte.
En même temps, les freins s'appliquent automatiquement par la réduction de pression produite dans la conduite générale.
Le but du sifflet est de faciliter la reconnaissance de la voiture de laquelle l'appel est parti ; sans ce sifflet, la recherche serait difficile, surtout la nuit.
Comme, d'autre part, la poignée d'appel ne peut être remise en place que par un agent agissant de l'extérieur, la position de la poignée d'appel désigne le compartiment dont l'appareil a été actionné.
Le sifflet se fait entendre aussi longtemps qu'il y a de l'air dans la conduite générale, à moins que le garde du train ne vienne refermer la soupape. Pour fermer la soupape, le garde tire la poignée extérieure p qui glisse sur le tuyau de branchement B ; cette poignée tire sur le câble C qui ramène d'abord le levier de commande l de la soupape dans sa position primitive et qui, ensuite, en se tendant, remonte la poignée d'appel P à sa place dans la boite-guide.
Fig. 754
I. - Position de desserrage des freins.
Il pourrait sembler superflu de décrire ce robinet, que l'on ne rencontre plus guère, mais dans une étude aussi compliquée que celle du frein Westinghouse, il convient d'aller du simple au composé ; or, la conception particulièrement simple du robinet ordinaire facilite considérablement l'étude du robinet du mécanicien à décharge égalisatrice, d'emploi actuellement général. Nous nous en tiendrons encore à des figures schématiques.
Le robinet du mécanicien sert à charger les réservoirs auxiliaires, à serrer ou à desserrer les freins. Il est installé à portée de la main du machiniste, entre le réservoir principal et la conduite générale (fig. 749 et 750).
La poignée de ce robinet peut occuper quatre positions principales :
Dans la première position (fig. 754), le réservoir principal communique directement avec la conduite générale ; l'air comprimé, qui remplit la conduite, soulève les pistons des triples valves des véhicules et, par conséquent, les freins se desserrent.
Fig. 755
II. - Position normale de marche.
Dans la deuxième position ou position normale de marche (fig. 755), l'air du réservoir principal ne peut plus passer à la conduite générale qu'en soulevant une petite soupape (valve d'alimentation), dont le ressort correspond à une pression de 3 kg environ, de sorte que la pression de l'air du réservoir principal est de 3 kg supérieure à celle de l'air de la conduite générale ; ainsi. quand la pression dans le réservoir principal est à son maximum, c'est-à-dire 8 kg par cm², elle est seulement de 5 kg dans la conduite générale. Cette différence de pression est nécessaire pour pouvoir desserrer sûrement et facilement les freins. En effet, en cas de serrages très légers, la pression dans les réservoirs auxiliaires est inférieure à 5 kg, mais encore très voisine de 5 kg ; dès lors, une pression de 5 kg dans la conduite générale pourrait ne pas être assez forte pour faire remonter les pistons des triples valves.
La valve d'alimentation a encore un deuxième but : c'est de compenser les fuites légères qui se produisent inévitablement dans la conduite générale et qui, sans cela, finiraient par amener le serrage des freins.
Troisième position ou position neutre (fig. 756). Dès qu'on dépasse la deuxième position, toute communication entre le réservoir principal et la conduite générale est coupée, c'est la position d'isolement ou position neutre.
Fig. 756
III. - Position neutre ou d'isolement.
Dans la quatrième position ou position de serrage (fig. 757), la conduite générale est mise en communication avec une ouverture M qui débouche à l'air libre, l'air comprimé s'échappe de la conduite et les freins se serrent.
Quand les freins sont serrés au degré voulu, soit pour un ralentissement, soit pour un arrêt, le machiniste ramène la poignée du robinet dans la position d'isolement, position III, il l'y maintient jusqu'au moment du desserrage ou jusqu'au moment où il veut serrer les freins avec plus de force encore.
Fig. 757
IV. - Serrage des freins.
Pour desserrer les freins, le machiniste remet la poignée dans la première position, mais il ne la laisse dans cette position que le temps nécessaire au desserrage des freins, il la ramène ensuite dans la deuxième position, qui est la position normale en marche. Du reste, pour rappeler au machiniste qu'il doit agir ainsi, le robinet est construit de telle manière que, lorsque la poignée est dans la première position, une légère fuite d'air a lieu, fuite dont le sifflement rappelle au machiniste que le robinet n'est pas dans la position normale.
Remarque. - Si le machiniste laissait trop longtemps le robinet dans la position de desserrage, les réservoirs auxiliaires se chargeraient à une pression égale à celle du réservoir principal ; dès lors, quand, après un serrage, le machiniste desserrerait les freins, il se pourrait que la pression des réservoirs auxiliaires soit plus élevée que celle de la conduite générale et s'oppose au relèvement des pistons des triples valves, les freins resteraient serrés et partant le desserrage ne pourrait plus se faire au moyen du robinet du mécanicien.
Quiconque a observé la manœuvre des colonnes hydrauliques servant à l'alimentation des locomotives dans les gares, n'a pas manqué de remarquer que lorsque le chauffeur referme trop rapidement la prise d'eau, il se produit un choc qui soulève la soupape placée au bas de la colonne et qu'un jet d'eau s'échappe pendant un instant par cette soupape.
Cela provient de ce que la masse d'eau, qui circulait dans la conduite lors de l'ouverture de la colonne, a été brusquement arrêtée ; il en est résulté dans la colonne hydraulique une augmentation de la pression de l'eau, celle-ci a suffi pour soulever la soupape malgré le ressort qui la maintient sur son siège, ressort que la pression normale de l'eau ne pouvait vaincre.
A défaut de cette soupape, la colonne aurait pu se briser sous le choc.
Cette augmentation de pression, ce «coup de bélier», peut se produire de la même manière dans la conduite générale du frein à air comprimé. En effet, nous avons vu que pour serrer les freins, le machiniste produisait une dépression dans la conduite générale, c'est-à-dire qu'il laissait échapper une partie de l'air comprimé de la conduite générale par le robinet du mécanicien (fig. 750 et 757).
Quand la poignée du robinet est dans la position de serrage (position IV, fig. 757), l'air comprimé circule dans la conduite générale en allant de la queue du train vers la tête où il s'échappe par le robinet du mécanicien. Or, si à un moment donné, le machiniste, jugeant que la dépression est suffisante, arrête brusquement l'échappement en amenant la poignée du robinet dans la position d'isolement (position III), l'air comprimé qui circule dans la conduite ne s'arrête pas instantanément, mais continue à avancer vers le robinet. Comme celui-ci est fermé, il en résulte un coup de bélier en tête de la conduite générale, la pression de l'air comprimé augmente en cet endroit et peut même, pour certains véhicules de tête, dépasser la pression de l'air comprimé contenu dans les réservoirs auxiliaires, ce qui (nous l'avons vu page 641) fait remonter les pistons des triples valves et desserrer les freins de ces véhicules.
Les freins de tête se lâchant, les véhicules de tête reprennent de la vitesse alors que ceux de queue sont toujours enrayés, il se produit des tractions dans les attelages, d'où risques de ruptures.
C'est pour supprimer le coup de bélier dans la conduite générale lors de la fermeture brusque du robinet qu'on a imaginé le robinet à décharge égalisatrice.
On a interposé entre le robinet du mécanicien et la conduite générale un petit réservoir u appelé communément réservoir de manœuvre ou réservoir égalisateur (fig. 758) en relation avec une chambre T.
Dans cette chambre T se déplace un piston p dont la tige peut fermer l'orifice o. La conduite générale communique avec la partie inférieure de cette chambre par le conduit t, tandis que la partie supérieure est reliée par c au robinet du mécanicien.
Quand la pression de la conduite générale est égale à celle qui règne dans le réservoir de manœuvre u, le piston égalisateur p est en équilibre de pression sur ses deux faces et en vertu de son poids seul, il descend jusqu'à ce que l'extrémité de sa tige vienne fermer l'orifice d'échappement o.
Cela posé, la poignée du robinet à décharge égalisatrice peut occuper cinq positions principales parmi lesquelles nous retrouvons les quatre positions du robinet ordinaire.
La première position est celle du chargement de la conduite générale et du desserrage des freins (fig. 758).
Fig. 758
I. - Position de desserrage des freins
et d'alimentation des réservoirs auxiliaires.
Quand la poignée est dans cette position, l'air comprimé du réservoir principal entre dans le robinet du mécanicien et, comme le montrent les flèches, passe directement dans la conduite générale. Du même coup, il pénètre sous le piston égalisateur p par le tuyau t ; en même temps, par le conduit c, cet air entre dans la chambre T et par là, vient remplir le réservoir de manœuvre.
Le piston égalisateur, pressé également sur ses deux faces, descend et sa tige ferme l'orifice o.
La deuxième position est la position normale de marche (fig. 759).
Dans cette position de la poignée, l'air du réservoir principal est obligé, pour pénétrer dans la conduite générale, de passer, tout comme dans le robinet ordinaire, par un conduit muni d'une soupape (valve d'alimentation) pressée sur son siège par un ressort qui maintient une différence de pression de 3 kg par cm² entre la pression de l'air comprimé du réservoir principal et celle de la conduite générale.
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| Fig. 759 II. - Position normale de marche. |
Fig. 760 III. - Position neutre ou d'isolement. |
Dans cette deuxième position, la chambre T reste en communication avec la conduite générale par le robinet du mécanicien, le piston égalisateur est toujours en équilibre de pression sur ses deux faces.
La troisième position ou position neutre (fig. 760). A ce moment, toutes les communications sont coupées.
La quatrième position sert pour les serrages modérés (serrages ordinaires) (fig. 761).
Comme le montre la figure 761, elle met en communication la chambre T avec l'extérieur par l'ouverture a ; par ce fait, l'air du réservoir de manœuvre u s'échappe à l'atmosphère, comme le montrent les flèches 1 et la pression baisse dans la chambre T. Dès ce moment, la pression de la conduite générale l'emportant sur celle de la chambre T, soulève le piston égalisateur p dont la tige démasque l'orifice o, l'air de la conduite générale s'échappe par cette ouverture (flèches 2) et les freins s'appliquent.
Fig. 761
IV. - Serrage ordinaire des freins. - Serrage gradué.
A présent, si le machiniste jugeant le freinage suffisant, place son robinet, même brusquement, dans la position d'isolement III (fig. 760), le piston égalisateur reste levé, c'est-à-dire que l'échappement de la conduite générale continue par o, jusqu'à ce que la pression de la conduite générale ait subi la même diminution que celle du réservoir de manœuvre, alors seulement l'échappement u se ferme. Cet équilibre de pression ne se produit que graduellement, de sorte qu'il n'y a plus aucun danger que les freins de tête se desserrent lors de la remise trop rapide du robinet du mécanicien à la position d'isolement III.
Remarque I. - En réalité, la chambre T n'est pas distincte comme l'indiquent les croquis, elle fait partie du corps du robinet lui-même, seul le réservoir de manœuvre est séparé du robinet (fig. 762).
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| Fig. 762 - Coupe à travers le robinet du mécanicien à décharge égalisatrice. | Fig. 763 V. - Serrage d'urgence. |
Remarque II. - Il importe de retenir qu'avec le robinet à décharge égalisatrice, l'échappement peut continuer pendant un certain temps (par l'orifice o), alors même que la poignée a été replacée dans la position neutre (position III).
La cinquième position, elle, correspond aux serrages d'urgence (fig. 763).
Elle fait communiquer la conduite générale directement avec l'air extérieur par une large ouverture M ; l'air comprimé de la conduite générale s'échappe avec rapidité et tous les freins sont immédiatement serrés à fond. Les triples valves fonctionnent alors d'une manière spéciale dite «action rapide» dont nous parlerons page 664.
Le robinet H-7, appliqué sur les locomotives types 1 et 12, comporte .six positions ; il réalise des fonctions nouvelles dont la principale est le contrôle de la marche de la pompe à air.
Lorsque la poignée est placée dans l'une des trois premières positions (desserrage, marche, équilibre), c'est la tête basse pression du régulateur de la pompe qui commande la marche de celle-ci.
Lorsque la poignée est placée à l'une des trois dernières positions (neutre, serrage gradué, serrage d'urgence), ce qui correspond à une application des freins, c'est la tête haute pression du régulateur de la pompe qui intervient pour limiter, à une valeur plus élevée, la pression de l'air dans le réservoir principal. Grâce à cet excédent de pression, on peut, lors du desserrage des freins, obtenir une réalimentation plus rapide des réservoirs auxiliaires sur l'ensemble des véhicules du train.
Dans la position nouvelle dite d'équilibre du robinet H-7
Le fonctionnement de la triple valve à action ordinaire a déjà été exposé dans son principe pages 636 à 641 (fig. 749 et 750), mais dans la réalité des choses, ce n'est pas à proprement parler la tige du piston de la triple valve qui réalise les communications indiquées sur les figures 749 et 750, mais bien un petit bloc rectangulaire, appelé tiroir, monté sur cette tige.
Fig. 764
Triple valve ordinaire
Freins desserrés complètement
La figure 764 représente la triple valve ordinaire à peu près à la moitié de sa grandeur réelle. Le corps de la triple valve renferme un piston 5, qui entraine dans ses mouvements le tiroir 6 emmanché sur sa tige. Ce tiroir est creusé de plusieurs conduits et, dans la position figurée, on voit que le cylindre de frein communique avec l'extérieur par les conduits a, c et par le conduit b creusé dans l'épaisseur du tiroir (flèche 1) ; il n'y a donc pas de pression dans le cylindre de frein, les freins sont lâchés.
L'air comprimé venant de la conduite générale, suivant le chemin tracé par les flèches 2, soulève le piston 5 et alimente le réservoir auxiliaire par les rainures d et f.
Quand le machiniste serre les freins, la pression dans la conduite générale baisse, la pression du réservoir auxiliaire fait descendre le piston 5 et nous supposerons d'abord que la dépression a été suffisante pour amener le piston 5 à fond de course (fig. 765). Nous constatons que la rainure d'alimentation d est dépassée, par conséquent, le réservoir auxiliaire est isolé de la conduite générale. De même, la communication entre le cylindre de frein et l'échappement est supprimée. Enfin, l'air du réservoir auxiliaire peut passer directement dans le cylindre de frein (flèches 3), le piston du cylindre de frein se déplace entraînant la timonerie, les freins sont serrés.
Quand le machiniste desserre les freins, l'air du réservoir principal pénètre à nouveau dans la conduite générale, la pression de cet air l'emporte sur la pression réduite du réservoir auxiliaire, le piston 5 remonte et reprend la position de la figure 764, l'air s'échappe alors du cylindre de frein suivant la flèche 1, les freins se desserrent, tandis que le réservoir auxiliaire est de nouveau alimenté par la conduite générale.
Fig. 765
Freins serrés à fond.
Pour graduer l'action du frein avec facilité, on a introduit dans le tiroir 6 (fig. 764) une petite soupape 7, appelée valve de graduation rendue solidaire de la tige du tiroir par une goupille t.
Le tiroir, lui, n'est pas fixé invariablement sur la tige du piston, il peut coulisser légèrement sur celle-ci ; mais ses mouvements sur la tige sont toutefois limités par des arrêts de la tige, l'amplitude de ces mouvements est de 5 mm au maximum.
Fig. 766. - Valve de graduation 7 reliée au tiroir 6 par la goupille t.
Quel est le rôle de la soupape de graduation 7 ?
Dès qu'on produit une légère réduction de pression dans la conduite générale, le piston 5 descend, fermant la rainure d'alimentation d (fig. 766). Le piston entraîne la valve de graduation 7 par la goupille t fixée sur sa tige ; mais le tiroir ne bouge pas ; il s'ensuit que l'extrémité supérieure de la valve 7 démasque le conduit e qui communique alors avec le trou m, figuré en noir, lequel traverse le tiroir de part en part.
Fig. 767. - Valve de graduation 7 - Conduit e ouvert.
Le piston 5 continuant à descendre entraîne alors le tiroir jusqu'à ce que (fig. 767) le conduit e communique avec le conduit a allant au cylindre de frein. A ce moment, la communication entre le cylindre de frein et l'échappement est interrompue, l'air du réservoir auxiliaire se rend dans le cylindre de frein en contournant le tiroir, en passant par le trou m et par les conduits e et a.
Fig. 768. - Valve de graduation 7 - Conduit e fermé.
Le piston 5 et son tiroir sont arrêtés dans leur mouvement de descente par la diminution de pression qui se produit au-dessus du piston et qui résulte de l'augmentation de volume de l'air du réservoir auxiliaire, cet air occupant maintenant et le réservoir et le cylindre de frein. Aussitôt que la pression dans le réservoir auxiliaire est ainsi réduite un peu au-dessous de celle de la conduite générale, le piston 5 remonte par suite de cette différence de pression, la valve 7 remonte avec lui et vient fermer le conduit e du tiroir qui, retenu par le frottement, ne bouge pas (fig. 768).
En réduisant encore légèrement la pression dans la conduite générale, le piston redescend et ouvre à nouveau la valve 7, ce qui permet l'admission d'une nouvelle quantité d'air dans le cylindre de frein, la chute de pression qui en résulte dans le réservoir auxiliaire fait de nouveau remonter le piston qui referme la valve de graduation 7.
Le machiniste peut donc introduire graduellement la pression qu'il désire dans le cylindre de frein, depuis le minimum jusqu'au maximum, en produisant simplement dans la conduite générale les réductions de pression nécessaires pour amener la répétition des mouvements du piston 5 et de la valve de graduation 7.
Comme on le voit, grâce à la valve de graduation, le frein Westinghouse est d'une très grande modérabilité au serrage.
Cependant, si l'on produit brusquement une dépression importante, le piston 5 descend complètement à fond de course, entraînant naturellement le tiroir (fig. 765), celui-ci démasque entièrement l'orifice a ; l'air du réservoir auxiliaire entre librement dans le cylindre de frein et les freins sont serrés à fond, c'est-à-dire en développant leur maximum d'énergie.
Une tige de graduation 13 (fig. 764) assure l'arrêt du piston 6 à peu près aux deux tiers de sa course descendante lors des serrages gradués ; mais, dans les serrages d'urgence, le ressort 14 cède et permet au piston 5 de venir s'appuyer sur le fond de la triple valve (fig. 765).
Remarque. - On ne doit pas s'étonner de la grande sensibilité de la triple valve ; si l'on considère, en effet, une triple valve de dimensions moyennes, dont le piston mesure 75 mm de diamètre, on trouve qu'une différence de pression de 1 kg par centimètre carré sur la surface de ce piston représente un effort égal à
Le frein à action rapide fut introduit en 1886.
Que faut-il entendre par l'action rapide ?
Dans le frein à action ordinaire dont il a été question jusqu'ici, quand le machiniste produit un serrage, il laisse échapper de l'air de la conduite générale uniquement par le robinet du mécanicien ; il s'ensuit qu'il faut un certain temps pour que la chute de pression se fasse sentir en queue du train et pour que cette dépression soit importante, puisque tout l'air qui s'échappe doit passer par la même et unique ouverture. Avec le frein à action ordinaire appliqué à un train de 400 mètres de longueur, le frein du dernier véhicule ne se serre à fond que 13 à 15 secondes après la manœuvre du robinet. Les freins de tête se serrant d'abord, les véhicules de queue non encore enrayés se tassent sur ceux d'avant et les butoirs se compriment, finalement les freins de queue se serrent à leur tour et le train freiné apparaît alors comme un ressort comprimé.
Lors du desserrage et de la reprise de vitesse, les butoirs se détendent, les véhicules de l'arrière reculent alors que la locomotive tire sur les véhicules d'avant. Ces mouvements tendent brusquement les attelages et peuvent provoquer des ruptures. Cet inconvénient est naturellement d'autant plus accusé que le train est plus long.
Le principe de l'action rapide consiste à modifier la triple valve de manière :
Il suit de cette double amélioration que le temps de 15 secondes dont il est question plus haut, est réduit à 2 secondes.
Ces principes étant posés, comment les réalise-t-on en pratique ?
Fig. 769. - Triple valve à action rapide - Freins desserrés.
La triple valve à action rapide comprend deux pistons (fig. 769), dont l'un, le piston principal (le piston 5) fonctionne horizontalement, et l'autre, le piston secondaire (le piston 13) fonctionne verticalement.
Le piston principal 5 est identique à celui de la triple valve à action ordinaire (fig. 764), avec cette simple différence qu'il est disposé horizontalement.
Dans la position figurée (fig. 769), on voit que l'air de la conduite générale va, en suivant le parcours indiqué par les flèches 1, alimenter le réservoir auxiliaire, tandis que l'air du cylindre de frein s'échappe à l'extérieur, en premier lieu suivant les flèches 2 par les conduits a, b et c (la cavité c communiquant avec l'extérieur), ensuite par le trou W percé dans le piston secondaire, par le conduit h et la cavité c. Les freins sont donc desserrés.
Fig. 770. - Triple valve à action rapide - Serrage gradué.
Serrage des freins.- Aussi longtemps que le machiniste ne produit que de faibles dépressions dans la conduite générale en ne dépassant pas la position IV, le piston principal 5 n'accomplit que des mouvements limités et fonctionne absolument comme dans la triple valve à action ordinaire, le piston 5 s'arrête contre la tige de graduation 21 (fig. 770) ouvrant la valve de graduation 7 et mettant l'orifice e du tiroir en face de l'orifice a ; l'air du réservoir auxiliaire (flèches 3) passe par le trou m, figuré en noir, les conduits e et a et pénètre dans le cylindre de frein, les freins s'appliquent. Aussitôt que la diminution de pression dans le réservoir auxiliaire est suffisante, le piston 5 revient vers la gauche et ferme la valve de graduation 7.
Par des mouvements successifs du piston, le machiniste introduit dans les cylindres de frein les pressions d'air qu'il désire.
Mais lorsque le machiniste produit brusquement une forte réduction de pression par la 5me position pour serrer les freins avec leur maximum d'énergie, le piston principal 5 est refoulé à fond de course à droite en comprimant le ressort de graduation 22 (fig. 771), alors l'action rapide intervient.
Dans cette position, l'air de la conduite générale passe directement dans le cylindre de frein ; les choses se passent comme suit : une échancrure i, qui existe sur le côté du tiroir (visible sur la figure 772), découvre le trou h, dès lors l'air du réservoir auxiliaire, passant par cette échancrure et le trou h, vient presser le piston secondaire 13 qui descend (flèches 4), cette descente provoque l'ouverture de la soupape 18 qui en est solidaire (fig. 771).
Jusque-là, la soupape 19 restait fermée parce qu'elle était en équilibre de pression sur ses deux faces et il en était ainsi parce que la soupape 18 - qui sépare la conduite générale du cylindre de frein - était elle-même fermée.
La soupape 18 était fermée à cause du ressort 20, d'une part ; d'autre part, par la différence des pressions qui règnent sur ses deux faces : au-dessus, c'est la pression du cylindre de frein (pression nulle à ce moment) ; en dessous, c'est la pression de la conduite générale qui finit par s'établir entre 18 et 19, grâce aux fuites.
Mais le piston secondaire 13 ayant ouvert la soupape 18, l'air de la conduite générale (flèches 6) soulève aussitôt la soupape d'arrêt 19, passe par la soupape 18 et par B arrive au cylindre de frein.
En même temps, l'air du réservoir auxiliaire passant par le trou W, pénètre dans le cylindre de frein suivant les flèches 4 et 5.
Fig. 771
Triple valve à action rapide - Serrage à l'action rapide.
Fig. 772
Remarquons que les passages par lesquels l'air de la conduite générale passe au cylindre de frein sont beaucoup plus grands que ceux qui servent à y admettre l'air du réservoir auxiliaire ; la conduite générale décharge donc dans le cylindre de frein la plus grande partie de l'air qu'elle contient avant que celui du réservoir auxiliaire soit admis en quantité. Aussitôt que la pression dans le cylindre de frein arrive à être presque égale à celle de la conduite générale, les ressorts 30 et 20 ferment la soupape d'arrêt 19 qui empêche le retour de l'air dans la conduite générale.
Desserrage des freins. - Pour desserrer les freins, le machiniste recharge la conduite générale avec l'air comprimé du réservoir principal, en mettant, comme toujours, la poignée de son robinet dans la première position. L'air admis à la triple valve vient presser le piston principal (flèches 1 de la figure 769), le piston principal est refoulé vers la gauche. Pendant ce mouvement de droite à gauche, la cavité b du tiroir fait d'abord communiquer h avec l'extérieur par le trou c, ce qui fait évacuer la pression sur la face supérieure du piston secondaire 13 ; celui-ci est alors soulevé par la pression de l'air dans le cylindre de frein, tandis que le ressort 20 ferme la soupape 18, empêchant ainsi l'air de la conduite de passer à nouveau dans le cylindre de frein.
Le tiroir 6 continuant sa course vers la gauche, fait ensuite communiquer l'orifice o avec l'échappement c par b (fig. 769), l'air du cylindre s'échappe à l'extérieur et les freins se desserrent.
Le réservoir auxiliaire est ensuite rechargé d'air comprimé par les rainures d et f, comme il a été indiqué (flèches 1).
Un robinet manœuvré par la poignée R (fig. 769) permet d'isoler tous les organes d'un véhicule ou d'empêcher l'effet de l'action rapide seule :
Remarque. - Dans l'appareil type du frein à action rapide, la triple valve, le réservoir auxiliaire et le cylindre de frein sont réunis en une seule pièce, afin de simplifier l'installation (fig. 773). Comme on le voit sur la figure, le tuyau de communication de la triple valve au cylindre de frein traverse le réservoir auxiliaire.
Fig. 773. - Frein à action rapide.
Ensemble formé par le réservoir auxiliaire, la triple valve et le cylindre de frein.
Le frein automatique perfectionné est caractérisé par l'emploi de triples valves du type Lu qui, grâce à leur poche accélératrice, assurent une propagation rapide du freinage.
Au moment du serrage, la poche accélératrice absorbe une fraction déterminée du volume d'air contenu dans la conduite générale. Cette absorption provoque une dépression locale, cette dépression est suffisante pour mettre en action la triple valve suivante, au droit de laquelle la même opération se reproduit.
Le monobloc est une combinaison du réservoir auxiliaire et du cylindre de frein, réalisée en tôle d'acier emboutie et soudée (fig. 774). Le réservoir entoure le cylindre de frein.
Fig. 774
LÉGENDE :
T. A. = tube d'alimentation du cylindre de frein.
T. C. = tube de communication entre le réservoir auxiliaire et le cylindre de frein.
T. G. = tube de graissage du cylindre de frein.
C = couronne en aluminium du piston.
E = buse d'évacuation d'eau (ou filtre).
R = Ressort.
T. V. = triple valve avec poche accélératrice.
L'ensemble est plus léger et moins encombrant que celui représenté figure 773.
La triple valve comporte une poche accélératrice.
La vitesse de propagation du freinage est de l'ordre de 200 mètres par seconde.
Le frein monobloc est appliqué à 100 wagons fermés de 20 tonnes de la S.N.C.B.
Nous signalerons ici quelques particularités dont la connaissance est nécessaire avant de pouvoir aborder la manœuvre du frein.
D'une part, l'efficacité du freinage dépend de la pression qui règne dans la conduite générale.
D'autre part, la sûreté du desserrage est liée à l'excédent de pression de l'air emmagasine dans le réservoir principal.
Enfin, la sensibilité du frein est telle que ses organes obéissent à des différences de pression relativement faibles.
Il faut donc que le machiniste soit renseigné à chaque instant sur la pression qui règne dans la conduite générale et dans le réservoir principal.
A cet effet, il a sous les yeux un manomètre à deux aiguilles (fig. 759 à 763).
Tous les véhicules portent une valve de purge qui sert :
La valve de purge permet encore de vider les organes de frein de tout l'air qu'ils contiennent.
La valve de purge est représentée figure 775 ; quand on tire sur la poignée R dans le sens de la flèche 1, par exemple, la poignée tourne autour du pivot a, son bossage b soulève la soupape S et l'air du cylindre de frein s'échappe à l'extérieur par le trou B, figuré en noir.
Aussitôt qu'on lâche la poignée, la soupape est repoussée sur son siège par un ressort.
Des tringles en fil de fer f, fixées à la poignée, permettent de manœuvrer la valve de purge d'un côté ou de l'autre du véhicule, sans qu'il soit nécessaire de s'introduire sous celui-ci.
Fig. 775
La figure 776 montre l'emplacement de la valve de purge sur le frein à action ordinaire.
Fig. 776
Pour le frein à action rapide, la valve de purge est fixée sur le réservoir auxiliaire (fig. 773), la construction de la valve elle-même est identique à la précédente. Avec cette disposition, l'air du réservoir auxiliaire s'échappe d'abord, puis quand la pression dans le réservoir tombe au-dessous de celle qui existe dans la conduite générale, le piston de la triple valve est refoulé dans la position de desserrage et l'air du cylindre s'échappe à travers la triple valve de la même manière que lorsque les freins sont desserrés par le machiniste.
Afin d'empêcher le serrage automatique des freins, en cas d'une légère fuite dans les conduites ou autres organes, une petite rainure r est aménagée dans le corps de chaque cylindre (fig. 776).
Cette rainure établit une communication entre les deux côtés du piston quand les freins sont desserrés.
Si, par suite d'une petite fuite, la triple valve envoie une petite quantité d'air du réservoir auxiliaire au cylindre de frein, cet air passe par la rainure de l'autre côté du piston, comme l'indique la flèche, et s'échappe à l'extérieur le long de la tige du piston, le piston reste ainsi immobile ; mais quand on produit une réduction de pression afin de serrer les freins, l'air arrivant plus vite et avec plus de force, le piston est immédiatement refoulé au-delà de la rainure (position figurée en pointillé), et l'air ne peut plus passer de l'autre côté du piston.
C'est pour ce motif que, lors du réglage des freins, on fait toujours en sorte que, lorsque les freins sont appliqués, la course du piston de frein soit plus longue que la rainure de fuite, sinon les freins ne se maintiendraient pas serrés.
Même dans un train entièrement équipé à l'action rapide, la locomotive est toujours pourvue de la triple valve ordinaire ; le tender est armé, comme le train, de la triple valve à action rapide.
L'échappement de la triple valve de la locomotive est pourvu d'un robinet qui est fermé dans la position normale (fig. 787).
Dans ces conditions, quand le machiniste desserre les freins du train au moyen du robinet du mécanicien, le frein de la locomotive reste appliqué, mais une soupape de purge s branchée sur le tuyau de communication de la triple valve au cylindre de frein est placée à portée du machiniste près du levier de changement de marche.
Pour desserrer le frein de la locomotive, le machiniste presse sur le bouton de cette soupape de purge, celle-ci en s'abaissant permet à l'air du cylindre de frein de la locomotive de s'échapper à l'extérieur.
Nous reviendrons sur ce point lors de la manœuvre du frein, page 676.
Lorsqu'un train est remorqué en double traction, les freins sont sous le contrôle absolu du machiniste conduisant la locomotive de tête.
La deuxième locomotive est alors considérée comme un simple véhicule, il s'ensuit que son réservoir principal doit être isolé du robinet du mécanicien ; à cette fin, le machiniste ferme le robinet d'isolement R (fig. 788).
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| Fig. 787 | Fig. 788 |
| Double traction. | |
| Locomotive de tête. | Deuxième locomotive. |
Deuxième conséquence : l'orifice d'échappement de la triple valve de la deuxième locomotive doit être ouvert ; à cet effet, le machiniste de la deuxième locomotive ouvre le petit robinet monté sur l'orifice d'échappement de la triple valve.
Quant à la poignée du robinet du mécanicien de la deuxième machine, elle est placée et maintenue dans la position de desserrage (position I). Le machiniste de la deuxième locomotive peut ainsi, en cas de danger, contribuer au serrage des freins, en mettant son robinet dans la position de serrage d'urgence, mais il ne peut les desserrer puisqu'il ne dispose pas pour le faire de l'excédent de pression de son réservoir principal, seul capable de refouler les pistons des triples valves.
Le deuxième machiniste a soin, toutefois, de faire fonctionner la pompe à air pour maintenir dans le réservoir principal la pression réglementaire de 8 kg afin de pouvoir, le cas échéant, reprendre immédiatement la conduite du frein en cas d'avarie à la pompe à air de la machine de tête.
Il va sans dire que préalablement à tout freinage, soit pour le ralentissement, soit pour l'arrêt, le machiniste ferme le modérateur de la locomotive.
1°) Pour obtenir un arrêt normal ou un ralentissement, le machiniste procède comme suit :
Au moment où il doit faire usage du frein, il place la poignée du robinet du mécanicien dans la quatrième position et détermine en une seule fois une première dépression de 1/2 à 2/3 kg ; ensuite il ramène la poignée du robinet du mécanicien dans la position neutre (troisième position). Une dépression plus faible serait insuffisante pour provoquer le déplacement des pistons des cylindres de frein au delà de la rainure de fuite ; une dépression plus forte en attaquant trop brusquement les roues pourrait produire des secousses désagréables pour les voyageurs.
Après la première dépression, le machiniste augmente à volonté et selon les besoins, l'effort sur les blocs de frein en laissant échapper de l'air de la conduite générale par petites quantités, mais il faut noter que lorsque la dépression totale atteint 1 1/2 à 2 kg, les freins sont déjà serrés à fond.
Après ralentissement, le machiniste opère le desserrage en amenant la poignée du robinet du mécanicien dans la position de desserrage (première position), jusqu'au moment où la pression de régime de 5 kg est atteinte dans la conduite générale et dans les réservoirs auxiliaires. Il veille à ce que la pression dans la conduite générale ne dépasse pas S kg ; il ne rouvre son modérateur que lorsque la poignée a été remise à la position de marche (deuxième position).
Pour l'arrêt (ordinaire), trois cas se présentent :
En procédant ainsi, on permet aux véhicules de prendre leur position normale et l'on évite les réactions dans les attelages.
Après arrêt complet, le machiniste, en pressant sur la valve de purge, lâche le frein de la locomotive.
Remarque. - Il ne convient pas de superposer un desserrage à un serrage. Si le machiniste estime que les dépressions effectuées produiront un ralentissement trop accentué ou un arrêt prématuré, il devra néanmoins, avant de procéder à un desserrage, attendre que l'échappement d'air du serrage précédent soit terminé. Cela se conçoit : quand on superpose un desserrage à un serrage, la colonne d'air qui circule dans la conduite générale pour s'échapper, rencontre l'air du réservoir principal qui se dirige eu sens inverse, d'où production d'un coup de bélier qui desserre les freins de tête, tandis qu'en queue les freins restent appliqués, il s'ensuit des réactions dans les attelages qui provoquent presque fatalement une rupture.
2°) Arrêt d'urgence. - Pour effectuer un arrêt ordinaire, le machiniste ne dépasse pas la quatrième position et pour cette raison, si même il serre les freins à fond, c'est-à-dire avec leur maximum d'énergie, l'action rapide n'intervient pas. Mais s'il veut opérer un arrêt d'urgence, il porte vivement la poignée du robinet à la position extrême de serrage (position V) (fig. 763, page 655), ce qui provoque immédiatement l'action rapide des freins.
Il attend que l'arrêt soit complet avant de procéder au desserrage.
Pour la descente des pentes, les freins doivent être légèrement appliqués avant qu'une vitesse trop grande soit atteinte, la puissance du frein doit alors être graduellement augmentée suivant le besoin, de manière à garder une vitesse uniforme.
Si l'enraiement devient trop grand, le machiniste peut desserrer les freins de la locomotive en appuyant sur la valve de purge à sa portée.
Dans les longues pentes, l'usage prolongé des freins épuise fortement les réservoirs auxiliaires ; pour les recharger, le machiniste doit, à des moments judicieusement choisis, desserrer momentanément les freins, il doit alors laisser la poignée à la première position assez longtemps pour que la réalimentation des réservoirs auxiliaires soit assurée.
Placé sur les freins automatiques à air comprimé habituels, cet appareil accélère par commande électropneumatique les vitesses de propagation du serrage et du desserrage.
Cet appareillage comporte une seule conduite d'air comprimé et deux fils de ligne.
La triple valve de ce frein est actionnée indifféremment par commande pneumatique ou électropneumatique et, dans ce dernier cas, elle réalise le desserrage modérable du frein.
Le frein automatique à air comprimé agit dans tous les cas de sorte que la sécurité est toujours assurée.
Le robinet du mécanicien habituel commande simultanément les mouvements de la triple valve :
au moyen de contacteurs électriques commandés pneumatiquement par le robinet et d'électrovalves de serrage et de desserrage.
Les risques de calage des roues sont éliminés par les dispositifs anti-enrayeurs.
Cet appareil sonore permet de vérifier avant le départ si la conduite générale de la rame présente une étanchéité suffisante.
Il signale, en outre, au machiniste, toute fuite anormale se produisant en cours de route.
Le détecteur de fuite sera monté sur les tracteurs électriques commandés par la S.N.C.B.
Ce frein est destiné au freinage des trains à grande vitesse.
Il est appliqué à 120 voitures métalliques du service international de la S.N.C.B., aux trains électriques de la ligne Bruxelles-Anvers, ainsi qu'à certains autorails à trois éléments.
Grâce à l'intervention d'un régulateur à force centrifuge, ce frein permet de faire varier la pression sur les sabots de frein de telle manière que, à tout instant, la puissance du frein s'ajuste à la valeur limite au-dessus de laquelle le calage des roues risque de se produire.
L'autorégulateur centrifuge du type normal s'associe le plus généralement au frein automatique, mais il existe un type spécial (l'autorégulateur à minimum de pression) qui, lui, s'adapte au frein direct modérable au desserrage.
Nous ne parlerons ici que du type normal adapté au frein automatique.
En outre de l'équipement ordinaire du frein automatique (réservoir auxiliaire, triple valve, cylindre de frein), chaque véhicule est équipé :
Ce dernier emprunte son mouvement de rotation à un essieu. Il comporte deux masselottes qui, sous l'effet de la force centrifuge, s'écartent l'une de l'autre.
On voit donc que le freinage s'opère en fonction de la vitesse, mais ce freinage ne peut jamais dépasser le double du freinage réalisé par le frein ordinaire.
Les freins autovariables donnent, à 150 km/h, les mêmes longueurs d'arrêt que les freins traditionnels à 120 km/h.
Sur les lignes présentant de longs tronçons à forte déclivité, certaines compagnies de chemin de fer utilisent le frein direct non automatique, qui peut être gradué d'une façon parfaite, tant au serrage qu'au desserrage. Nous décrirons d'abord la disposition simple, qui est appliquée notamment aux tramways ; nous verrons ensuite comment le frein direct peut être combiné avec le frein automatique, pour former ce qu'on appelle le frein double.
Fig. 789
Schéma du frein direct.
Fig. 790, 791, 792
Robinet simple du frein direct.
Le schéma figure 789 représente la disposition la plus simple du frein direct. Nous y retrouvons des organes que nous connaissons déjà : la pompe à air ou compresseur P, le réservoir principal R, le cylindre de frein C actionnant la timonerie du frein T.
L'accès de l'air comprimé au cylindre de frein est réglé au moyen d'un robinet à trois voies V qui permet :
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Fig. 793 Desserrage |
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Fig. 794 Position neutre = position normale de marche |
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Fig. 795 Serrage gradué |
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Fig. 796 Serrage à fond |
Il est bien évident qu'avec ce dispositif, en admettant de l'air au cylindre de frein ou en le laissant échapper en quantité voulue, on peut régler à volonté, avec toute la facilité et toute la précision désirables, l'intensité d'action du frein.
Le seul organe spécial est le robinet de construction fort simple, qui est représenté figures 790 à 792.
Les communications sont réalisées au moyen d'un tiroir rotatif plan T, manœuvré par une poignée qui peut occuper les trois positions I, II et III que nous avons envisagées.
Les figures montrent la position des trois raccords R, C, A, au réservoir principal, au cylindre de frein et à l'air libre.
Les communications établies pour les différentes positions de la poignée sont représentées figures 793 à 796.
Les orifices des conduites A et C dans la glace du tiroir sont indiqués par des hachures, ils sont recouverts par le tiroir au-dessus duquel se trouve une chambre F constamment en communication avec le réservoir principal. Le tiroir est percé d'outre en outre d'un trou K ; c'est par ce trou que l'air comprimé affluera en quantité modérée au cylindre de frein pour la position 3' (serrage gradué) et en quantité importante pour la position 3 (serrage à fond).
Dans la position 3', la section de passage est réduite à un petit segment de forme spéciale, de surface variable suivant la position de la poignée.
La position 1 est celle de desserrage, les trous A et C sont largement en communication par un creux ménagé dans le tiroir.
La position 2 est la position neutre, toutes les communications sont interceptées.
Il est visible que les positions intermédiaires entre 1 et 2 permettent de réaliser un desserrage gradué d'une façon tout à fait pareille à celle qui était employée pour réaliser le serrage gradué (3').
La position normale de marche est la position neutre (2). De part et d'autre de cette position, et pour de faibles écarts, on réalise soit le serrage gradué, soit le desserrage gradué ; pour les écarts maximum, on réalise soit le serrage à fond (3), soit le desserrage complet (1).
Nous avons déjà fait remarquer que, lors de la descente des longues pentes, l'usage prolongé des freins épuise les réservoirs auxiliaires des freins automatiques.
Pour les recharger, le machiniste doit, à des moments judicieusement choisis, lâcher momentanément les freins. Pour cela, il met la poignée du robinet dans la 1re position et doit l'y laisser assez longtemps pour que la réalimentation des réservoirs auxiliaires soit assurée.
Pendant ce temps, le train reprend de la vitesse et l'on peut craindre l'emballement sur la pente.
Par ailleurs, si, lors du freinage sur ces longues pentes, le ralentissement est trop prononcé, comme le frein automatique Westinghouse n'est pas modérable au desserrage, le machiniste doit encore une fois desserrer complètement les freins, pour les resserrer ensuite au degré voulu.
La succession de ces serrages et desserrages ne permet pas de donner au train une vitesse uniforme cependant si désirable à tous points de vue. Une vitesse irrégulière rend plus malaisé le maintien de l'horaire, provoque des réactions dans les attelages et favorise le dépassement des signaux à l'arrêt.
Sur certains réseaux, où les profils des voies sont très accidentés ou à très longues pentes, on supplée à la non modérabilité au desserrage du frein automatique Westinghouse en associant à celui-ci un frein direct.
Lorsqu'on veut utiliser concurremment le frein direct et le frein automatique et réaliser ainsi le frein double, il faut utiliser deux conduites générales, une pour chaque système de frein. Il résulte, en effet, du principe même du frein automatique que, lorsque les freins sont desserrés, la conduite générale est sous pression, tandis qu'alors, pour le frein direct, la conduite générale est vide.
La figure 797 donne la disposition schématique de l'installation du frein direct et du frein automatique sur une locomotive accouplée à son tender. A la S.N.C.B., l'usage du frein direct se borne là ; par contre, sur certains réseaux dont les lignes présentent des déclivités importantes et de grandes longueurs, le frein double est utilisé sur tout le train. L'installation du frein double sur les véhicules est d'ailleurs la même que sur le tender.
La conduite générale du frein automatique, représentée par un trait plein fort, part du robinet du mécanicien (Ma), s'étend sous la locomotive et sous le tender et se termine à chaque extrémité par un robinet d'arrêt A. Cette conduite est reliée à la triple valve ordinaire t de la locomotive ainsi qu'à la triple valve à action rapide T du tender. On y voit les organes habituels du frein automatique : le réservoir principal .R, les réservoirs auxiliaires r et r', les cylindres de frein C et C’ de la locomotive et du tender, le réservoir de manœuvre u, les soupapes de purge s et s' des cylindres de frein.
Fig. 797. - Schéma de l'installation du frein double sur une locomotive et son tender.
Le trait fort interrompu représente la conduite générale du frein direct, elle part du robinet spécial du frein direct Ma ; la pression de l'air qu'elle contient est indiquée par un manomètre spécial.
Pour rendre possible l'emploi des deux systèmes de frein, avec les mêmes cylindres de frein et le même réservoir principal, il a fallu faire usage d'appareils nouveaux, spéciaux au frein double, dont nous allons parler.
Tout d'abord, l'air comprimé prélevé au réservoir principal est à la pression de 8 kg par cm², il convient de réduire cette pression à 3 1/2 kg avant de l'admettre au robinet Ma et de là aux cylindres de frein.
Admettre une pression d'air plus élevée dans ces cylindres, serait s'exposer à des calages de roues, les cylindres ayant un diamètre calculé pour cette pression de 3 1/2 kg.
Pour arriver à limiter ainsi la pression maximum dans la conduite du frein direct, on intercale entre le réservoir principal R et le robinet Ma une valve de réduction automatique v. Cette valve est de construction analogue à la valve d'alimentation du robinet du frein automatique.
Il faut ensuite que, lorsque l'air comprimé vient de la conduite du frein direct pour se rendre aux cylindres de frein, la communication de ces cylindres avec les triples valves correspondantes soit interceptée. De même il faut, lorsque le frein automatique entre en fonction, que le passage de la triple valve au cylindre de frein soit libre et la communication avec la conduite du frein direct interceptée. Cette double condition est réalisée par la double valve d'arrêt que l'on voit en d et d'.
Cette double valve d'arrêt est représentée en détail fig. 798 et 799. Elle présente 3 raccords : T à la triple valve, C au cylindre de frein, D à la conduite du frein direct. Elle comporte un piston 1 fonctionnant dans un fourreau 2. Des trous percés dans ce fourreau établissent la communication entre l'intérieur du fourreau et une cavité annulaire reliée au raccord C.
A) Lors d'un serrage du frein automatique, quand le piston est dans la position indiquée sur la figure, l'air arrivant de la triple valve par le raccord T passe par les trous du fourreau 2 et se rend au cylindre de frein par le raccord C. Pendant ce temps, la conduite du frein direct est hermétiquement fermée par une rondelle de caoutchouc disposée dans le piston 1. Lors du desserrage du frein automatique, l'air s'échappe par le même chemin, en sens inverse.
| Fig. 798 |  |
| Fig. 799 |  |
| Double valve d'arrêt du frein double. | |
Les choses se passent donc alors comme si le frein direct n'existait pas.
B) Si maintenant on serre le frein direct, non automatique, l'air arrivant par le raccord D chasse le piston 1 et son tiroir 3 vers la droite, jusqu'à ce que le piston vienne s'appuyer sur la saillie à l'intérieur du corps, de façon à fermer hermétiquement, au moyen d'une seconde rondelle de caoutchouc, la communication avec la triple valve ; l'air passe alors par les trous du fourreau 2 pour se rendre au cylindre de frein par le raccord C. Lors du desserrage, l'air suit le chemin inverse venant du cylindre de frein pour s'échapper par le robinet spécial du frein direct (note 687).
C) Lors d'un nouveau serrage du frein automatique, le piston est poussé par l'air arrivant de la triple valve et reprend la position indiquée sur la figure.
On complète le plus souvent l'installation des locomotives par le placement du frein direct, réalisant ainsi le frein double. La dépense supplémentaire n'est pas bien considérable et on obtient de cette manière, une parfaite modérabilité du frein de la locomotive et du tender, ce qui est particulièrement avantageux aux trains de marchandises et dans les manœuvres de gare.
Remarque. - A la S.N.C.B., le frein direct est appliqué à la presque totalité des machines à voyageurs, à marchandises et de manœuvres.
Le tender et les locomotives-tenders conservent toujours le frein à main, qui constitue un frein de réserve, dont l'utilité apparaît notamment lorsque la locomotive n'est pas en pression.
La timonerie du frein à main est étudiée de manière à être commune aux deux freins.
Les grandes vitesses aujourd'hui réalisées exigent des freins de plus en plus puissants, mais l'action des freins sur les roues est rapidement limitée par l'adhérence des bandages sur les rails.
Au fur et à mesure que l'on augmente la pression sur les sabots de frein, la vitesse diminue et il arrive un moment où le frottement au contact des sabots et du bandage dépassant l'adhérence, la roue se cale. A partir de ce moment, le freinage diminue d'intensité.
C'est pourquoi il est intéressant d'obtenir des freinages plus puissants, en superposant à la pression des sabots de frein agissant sur les roues, un effort de freinage indépendant de l'adhérence. C'est ce que réalise le frein électromagnétique agissant sur le rail.
Le frein électromagnétique a été construit sous deux formes :
A) Le frein électromagnétique à patin.
Il se compose d'électro-aimants qui, lorsqu'ils sont parcourus par un courant électrique, s'appliquent sur la table de roulement du rail par l'intermédiaire de patins, avec une force variant de 2.000 à 10.000 kg.
Le mouvement du véhicule oblige les patins à frotter sur le rail et cet effort de frottement réduit la vitesse du véhicule.
B) Le booster électromagnétique (sans patin).
Un châssis, portant des électro-aimants, repose directement sur les boites à huile. La distance entre les pôles des électro-aimants et le rail est d'environ 8 mm.
Quand un courant parcourt les électro-aimants, l'aimantation qui en résulte augmente la pression sur les rails d'environ 30 %. Sans augmenter la masse, on obtient donc le même effet que si le poids était augmenté. Cette circonstance permet d'accroître l'effort de freinage sans caler les roues.
Avec une automotrice roulant à 85 km/h et pesant 34 tonnes, on a obtenu les distances d'arrêt ci-après :
Comme les sabots de frein et les bandages des roues s'usent en service, on règle de temps en temps à la main les sabots en les rapprochant des roues, soit par l'action de tiges filetées et d'écrous, soit en changeant l'attache des tringles percées à cet effet de plusieurs trous.
Ce réglage doit de même se faire lors du remplacement des sabots usés.
Il faut en même temps régler la timonerie pour que la course du piston du cylindre de frein reste dans les limites voulues.
Le régleur de frein SAB supprime tout réglage à la main ; il fonctionne automatiquement et il est à double action, c'est-à-dire qu'il travaille dans les deux sens : il augmente les jeux des sabots quand ils sont trop petits, il les diminue quand ils sont trop grands.
La description de cet appareil nous entraînerait trop loin, qu'il nous suffise de dire que ce régleur de frein est caractérisé par l'emploi d'une vis de réglage à grand pas.
Par suite de ce grand pas, la vis de réglage est réversible ; il s'ensuit que le régleur a une tendance à se dévisser, lorsqu'on serre le frein, sous la seule action de la force du freinage.
Mais, à l'intérieur du mécanisme se trouve un dispositif de blocage qui empêche ce mouvement de dévissage de l'appareil dès que le piston de frein a parcouru une course déterminée, correspondant à l'application des sabots avec les jeux normaux entre sabots et bandages.
Si les jeux sont trop petits, le régleur se dévisse et s'allonge tant que le piston n'a pas parcouru la course fixée. Le dispositif de blocage arrête ensuite le mouvement de dévissage.
Le régleur de frein SAB, type DR, est appliqué aux 100 wagons fermés de la S.N.C.B., équipés du dispositif auto-continu SAB réalisant le freinage proportionnel à la charge.
Nous avons vu que le frein Westinghouse automatique n'est pas modérable au desserrage (page 634). Il s'ensuit qu'avec ce type de frein, une diminution de l'effort de freinage ne peut être obtenue qu'en lâchant complètement les freins et en les resserrant à nouveau au degré inférieur désiré.
C'est pour remédier à ce manque de souplesse que l'on a imaginé de rendre indépendants l'un de l'autre le freinage du groupe locomotive-tender du freinage de la rame remorquée, et cela par la combinaison suivante :
C'est l'ensemble de ces deux freins qui est dénommé : frein Westinghouse 6 ET.
Le frein 6 ET est appliqué aux locomotives belges type 29, mais sur ces machines, le régulateur de la pompe à air ne comporte qu'une seule tête de pression.
Le frein automatique de la rame proprement dite est commandé par un «robinet à décharge égalisatrice» H 6, que nous désignerons dorénavant par la lettre R, du type habituel, mais dont la poignée peut occuper dans ce cas particulier six positions au lieu de cinq.
Fig. 800. - Schéma d'ensemble du frein Westinghouse 6 ET pour locomotives et tenders.
Le frein direct indépendant de la locomotive et du tender est manœuvré par un «robinet indépendant» S 6, que nous désignerons par la lettre r, dont la poignée peut occuper cinq positions.
Le machiniste peut effectuer à volonté :
Nous insistons sur ce point que le robinet indépendant r n'intéresse que les freins du groupe locomotive et tender, alors que le robinet à décharge égalisatrice R intéresse les freins du train entier.
1°) L'équipement 6 ET ne comporte pas de «réservoir auxiliaire» pour l'alimentation des cylindres de frein de la locomotive et du tender.
Ces cylindres de frein sont alimentés par de l'air comprimé venant directement du réservoir principal, comme dans un frein direct.
Il en est ainsi, que le mode de freinage soit indépendant ou automatique.
L'air comprimé du réservoir principal passe, par l'intermédiaire du robinet R, dans la conduite générale 7 (voir figure d'ensemble 800), puis pénètre dans une triple valve spéciale TV, mais, comme ici, il n'y a pas de réservoir auxiliaire, ce n'est pas cette triple valve qui fournit directement l'air de freinage aux cylindres de frein de la locomotive et du tender. Cette triple valve alimente un «cylindre d'application» C, et c'est celui-ci qui fournit l'air de freinage aux cylindres de frein de la locomotive et du tender par la conduite de freinage 12.
L'ensemble formé par la triple valve TV et le cylindre d'application C constitue ce que l'on appelle «le distributeur».
2°) Alors que dans le frein automatique, la locomotive et le tender possèdent tous deux une triple valve (c'est-à-dire un distributeur à trois voies, établissant les communications nécessaires entre la conduite générale, le réservoir auxiliaire et le cylindre de frein), dans le frein 6 ET il n'y a qu'un seul distributeur (c'est-à-dire une seule triple valve TV et un seul cylindre d'application C) pour le groupe locomotive et tender.
C'est ce distributeur unique qui alimente la «conduite de freinage» 12, sur laquelle sont branchés les cylindres de frein de la locomotive et du tender.
3°) Grâce à ces particularités, les freins de la locomotive et du tender sont modérables, aussi bien au desserrage qu'au serrage.
4°) On peut à tout instant obtenir la pression maximum de freinage dans les cylindres de frein de la locomotive et du tender.
5°) Comme on dispose d'un frein direct, on ne doit jamais craindre de manquer d'air dans les cylindres de frein de la locomotive et du tender, alors que cela peut se produire avec le frein automatique habituel à la suite de l'épuisement des réservoirs auxiliaires (descente des longues pentes, page 683).
6°) L'équipement permet d'obtenir, lors des serrages à l'action rapide, une pression dans les cylindres de frein de la locomotive et du tender qui, au début, est de 30 % plus élevée que la pression maximum correspondant aux serrages gradués ordinaires.
Grâce à une soupape de sûreté branchée sur le distributeur, cette pression retombe automatiquement à un taux égal à celui des serrages ordinaires.
7°) Par la manœuvre d'un petit volant fixé à la valve d'alimentation du robinet à décharge égalisatrice, on règle à 5 kg/cm² la pression de l'air comprimé dans la conduite générale de la rame remorquée.
8°) Pompe à air. - Pour la commande de la pompe à air, l'équipement se distingue par la présence d'un régulateur à deux têtes réglables. A l'intervention de ces deux têtes, la pression de l'air comprimé, emmagasiné dans le réservoir principal de la locomotive, varie automatiquement suivant les besoins du frein.
Les choses se passent comme suit :
9°) L'équipement 6 ET permet encore de compenser automatiquement les fuites dans les cylindres de frein de la locomotive et du tender, à l'intervention du distributeur.
Cette compensation a lieu même si les fuites sont importantes, à la condition naturellement que le débit de la pompe à air soit suffisant.
Nous examinerons successivement la manœuvre :
Notons dès maintenant que, lorsque l'on se sert du robinet R du frein automatique, la poignée du robinet indépendant r est constamment maintenue dans sa position normale de marche (position 2), voir page 725.
Le «robinet du mécanicien» à décharge égalisatrice R est comparable au robinet du même nom décrit aux pages 650 et suivantes, mais ici, la poignée de ce robinet peut occuper six positions au lieu de cinq, à savoir :
Position I.
Position II.
Position normale de marche.
Position III.
Passant directement de la position I à la position III, maintien du serrage des freins de la locomotive et du tender après desserrage des freins de la rame remorquée (fig. 806).
Position IV.
Position neutre on d'isolement (fig. 804).
Position V.
Serrage des freins du train entier à l'action ordinaire graduée (fig. 803).
Position VI.
Serrage des freins du train entier à l'action rapide (fig. 808).
Remarque. - Pour toutes ces positions du robinet à décharge égalisatrice R, le robinet indépendant r est dans la 2e position (fig. 801 à 808).
Fig. 801. - Robinet R du frein automatique
Position I
Position d'alimentation générale en air comprimé du train entier. En service, après un serrage, desserrage rapide des freins do la rame remorquée, c'est-à-dire exception faite des freins de la locomotive et du tender.
Reprenons en détail chacune de ces six positions :
Position I du robinet R.
Mise en charge du frein, c'est-à-dire alimentation générale en air comprimé du frein du train entier.
La figure 801 montre que pour la position I, l'air comprimé du réservoir principal s'en va, par la conduite principale 2, alimenter, par l'intermédiaire du robinet R :
La chambre 27 du cylindre d'application C est alimentée directement par la conduite principale 2.
Dans ces conditions, l'air comprimé de la conduite générale 7 pousse à fond vers la gauche le piston 17 de la triple valve TV. Cet air pénètre par la rainure d'alimentation 14 dans la chambre de distribution 16, ainsi que dans la chambre de pression m de la triple valve.
En outre, le robinet R met en communication avec l'atmosphère la conduite 4 de la valve d'alimentation automatique i, ce qui produit un sifflement qui avertit le machiniste qu'il ne doit pas maintenir la poignée du robinet R dans la première position.
Fig. 802. - Robinet R du frein automatique
Position II
Position normale de marche
Desserrage des freins de la locomotive et du tender
Desserrage des freins de la rame remorquée
Alimentation de la conduite générale à la pression de 5 kg/cm².
Position normale de marche.
Dans cette position (fig. 802), le robinet ne permet plus à l'air du réservoir principal de passer directement dans la conduite générale 7. L'alimentation de la conduite générale est néanmoins assurée à l'intervention de la valve d'alimentation i, dont le rôle (comme nous l'avons vu page 648, 2e position du robinet à décharge égalisatrice) est de maintenir une pression de 5 kg/cm² dans la conduite générale.
La pression de 5 kg/cm² dans la conduite générale 7 maintient desserrés, pendant la marche, tous les freins du train entier (locomotive, tender et rame).
En même temps, le robinet R met en communication la conduite de desserrage 9 avec l'atmosphère et, par conséquent, également la chambre d'application n de la triple valve TV, ainsi que la chambre réceptrice 26, ces chambres étant en communication avec la conduite de desserrage 9 par les canaux pratiqués dans le tiroir égalisateur 22 de la triple valve TV.
Enfin, le robinet R maintient la communication entre la conduite principale 2 et la tête basse pression du régulateur de la pompe à air.
Remarque. - Pour la compréhension des figures, il a été nécessaire d'agrandir les organes du cylindre d'application C et de la triple valve TV. Il en résulte que la chambre de pression m et la chambre d'application n apparaissent comme étant de volume beaucoup moindre à ce qui correspond à la réalité.
Position V du robinet R.
Serrage des freins.
Freinage du train entier à l'action ordinaire graduée (fig.803).
Le robinet R fait communiquer avec l'atmosphère le réservoir de manœuvre u et la chambre T (note 701).
De ce chef, la pression baisse dans la chambre T. Dès ce moment, la pression de l'air de la conduite générale 7 l'emporte sur celle de la chambre T, le piston égalisateur P se soulève et sa tige démasque l'orifice o.
Fig. 803. - Robinet R du frein automatique
Position V
Serrage des freins du train entier à l'action ordinaire graduée.
Une certaine quantité d'air s'échappe par cette ouverture, de sorte qu'une chute de pression modérée survient dans la conduite générale 7 et, ensuite de cela, par le jeu des triples valves T1, T2..., tous les freins de la rame remorquée se serrent (comme nous l'avons vu à la page 649 à propos du robinet à décharge égalisatrice habituel, 4e position).
Mais cette chute de pression dans la conduite générale 7 se fait sentir également dans la chambre 13 de la triple valve TV. Là, sous l'effet de cette dépression, le piston 17 se déplace vers la droite, sans toutefois comprimer le ressort de graduation 15 et s'arrête dans la position représentée sur la figure.
Aussitôt, l'air qui avait été admis dans la chambre de pression m, quand le robinet R était dans les positions 1 et 2, va jouer un rôle analogue à celui de l'air des réservoirs auxiliaires du frein automatique habituel, cet air va pénétrer, par les canaux du tiroir égalisateur 22 dans la chambre d'application n, sous la soupape de sûreté z, dans la conduite d'application 8 et, par là, dans la chambre réceptrice 26 du cylindre d'application C.
Que va-t-il alors se passer ?
Le piston d'application 29 se déplace lentement vers la droite jusqu'à fond de course, en comprimant graduellement le ressort de rappel 33 et en entraînant le tiroir d'admission 34 ainsi que le tiroir d'échappement 36.
Le tiroir d'admission 34 entr'ouvre ainsi graduellement la lumière d'admission pratiquée dans la glace 35 de la chambre 27, ce qui provoque une admission modérée de l'air du réservoir principal dans la chambre 28 du cylindre d'application, d'où cet air du réservoir principal passe directement par la conduite 12, dans les cylindres de frein de la locomotive et du tender, tout comme cela se passe dans un frein direct (voir fig. 789 et pages 681 à 683), mais il ne s'agit que d'une application modérée de ces freins.
Dans cette position (fig. 803) le robinet R coupe la communication entre la conduite principale 2 et la tête basse pression du régulateur.
Fig. 804. - Robinet R du frein automatique
Position IV
Position neutre ou d'isolement.
Position IV du robinet R.
Position neutre on position d'isolement.
La position neutre sert à maintenir les freins serrés après un freinage de service, jusqu'à ce que l'on veuille ou bien les serrer davantage ou bien les desserrer (fig. 804).
Tous les orifices sont fermés ; nous voyons en effet que dans cette position, le robinet R isole encore la conduite principale 2 de la tête basse pression du régulateur de la pompe à air (comme dans la position y ci-avant correspondant au freinage modéré), mais cette fois, il interrompt toutes les communications entre l'atmosphère, d'une part, et le réservoir de manœuvre u et la chambre T du piston égalisateur P, d'autre part.
Il s'ensuit que le piston égalisateur P redescend et ferme l'orifice d'échappement 0 de l'air de la conduite générale 7.
Dès lors :
Les choses se passent ainsi grâce à la résistance au glissement du tiroir égalisateur 22, pressé sur sa glace par un ressort, non représenté sur la figure.
Le tiroir 22 reste donc en place, mais le tiroir de graduation 23, entraîné par la tige 19 du piston, coupe la communication entre la chambre de pression m, la chambre d'application n et la chambre réceptrice 26.
Dès lors, et en raison d'une certaine détente de l'air dans la chambre d'application n, un équilibre des pressions tend à se produire sur les deux faces du piston d'application 29.
Fig. 805. - Robinet R du frein automatique
Position I
Desserrage rapide des freins de la rame remorquée seulement.
Sous l'action du ressort de rappel 33, ce piston revient en arrière (vers la gauche) pour occuper sa position moyenne, comme le montre la figure, il s'ensuit que le tiroir d'application 34 ferme la lumière d'admission dans la glace 35 de l'antichambre 27. L'arrivée d'air du réservoir principal vers les cylindres des freins de la locomotive et du tender est coupée, mais ces freins restent serrés, puisque ces cylindres restent isolés de l'atmosphère par le tiroir d'échappement 36, qui recouvre les lumières d'échappement dans la glace 37 de la chambre de distribution 28.
En conclusion, aussi longtemps que le robinet R est maintenu dans cette position neutre (position IV), les freins du train entier restent serrés.
Position I du robinet R.
Desserrage rapide des freins de la rame remorquée seulement (fig. 805).
Comme nous l'avons vu page 699, le placement de la poignée du robinet R dans la 1e position, assure la réalimentation directe de la conduite générale 7 par le réservoir principal, ce qui provoque le desserrage immédiat de tous les freins de la rame remorquée.
En même temps, comme nous l'avons vu même page, le robinet R rétablit la communication avec l'atmosphère de la conduite 4 de la valve d'alimentation automatique i, ce qui provoque un sifflement qui avertit le machiniste qu'il ne doit pas laisser la poignée dans cette position dès que les freins sont desserrés.
Qu'en advient-il des freins de la locomotive et du tender ?
Sous l'effet de l'élévation brusque de pression dans la conduite générale 7, le piston 17 de la triple valve TV reprend sa position d'alimentation et découvre la rainure d'alimentation 14, il s'ensuit que la chambre d'application m est réalimentée par la triple valve TV.
De son côté, le tiroir égalisateur 22 est entraîné par la butée 21 de la tige 19 du piston et met en communication par les canaux pratiqués dans le tiroir, la soupape de sûreté z, la chambre d'application n et la conduite d'application 8 avec la conduite de desserrage 9.
Fig. 806. - Robinet R du frein automatique
Position III
Position de maintien (Position Holding)
Maintien du serrage des freins de la locomotive et du tender après le desserrage des freins de la rame remorquée.
Mais, comme cette dernière reste isolée de l'atmosphère, aucune modification n'est apportée à l'état d'équilibre des pressions régnant sur les deux faces du piston d'application 29. Dès lors, le piston 29 se maintient dans sa position moyenne et, par conséquent, les freins de la locomotive et du tender restent serrés.
Position III du robinet R. - Position Holding.
Maintien du serrage des freins de la locomotive et du tender après desserrage des freins de la rame (fig. 806).
L'on se rend compte que, pour maintenir desserrés les freins de la rame remorquée, tout en conservant le serrage des freins de la locomotive et du tender, il ne saurait être question de ramener la position du robinet R dans la position normale de marche (position II), puisque dans celle-ci le robinet R fait communiquer avec l'atmosphère la conduite de desserrage 9 des freins de la locomotive et du tender.
C'est pourquoi il a fallu prévoir une position supplémentaire dite «Holding» (du verbe anglais «to hold», qui signifie : retenir, garder, conserver), pour laquelle les freins de la locomotive et du tender sont maintenus serrés, alors que les freins de la rame sont desserrés.
Dans cette position de maintien III, comme le montre la figure 806 :
Fig. 807. - Robinet R du frein automatique
Position II
Desserrage des freins de la locomotive et du tender après le desserrage des freins de la rame remorquée.
Position II du robinet R.
Desserrage des freins de la locomotive et du tender (figure 807).
L'on comprend maintenant pourquoi il faut ramener la poignée du robinet R dans la position normale de marche (position II) pour obtenir le desserrage des freins de la locomotive et du tender après le desserrage des freins de la rame remorquée.
Effectivement, quand le robinet R est placé dans la position normale de marche (position 17), il assure :
Position VI du robinet R.
Freinage à l'action rapide du train entier.
La figure 808 montre que, placé dans la position VI, le robinet R fait communiquer :
Dans ces conditions :
1. La conduite générale 7 communiquant avec l'atmosphère, une brusque chute de pression se produit dans cette conduite.
Cette chute de pression dans la conduite générale 7 est encore accentuée par l'action de la valve accélératrice q qui, à ce moment, se soulève sous la pression de l'air du réservoir principal et laisse échapper de la conduite générale une quantité d'air supplémentaire.
Fig. 808. - Robinet R du frein automatique
Position VI
Serrage des freins du train entier à l'action rapide.
Cette forte chute de pression dans la conduite générale 7 se propage dans la chambre 13 de la triple valve TV, le piston 17 se déplace brusquement vers la droite jusqu'à fond de course, en comprimant cette fois le ressort de graduation 15.
Eu même temps, le tiroir égalisateur 22 est entraîné, également à fond de course, par la butée 20 de la tige de distribution 19 du piston 17.
Il s'ensuit que le tiroir égalisateur 22 démasque la lumière qui, dans la glace de la triple valve TV, donne accès à la chambre réceptrice 26 du cylindre d'application C.
La chambre de pression m et la chambre réceptrice 26 sont dès lors mises à peu près instantanément en communication entre elles.
Mais, par suite de la petitesse du volume de la chambre réceptrice 26, comparé au volume de la chambre de pression m, la pression dans la chambre réceptrice 26 s'élève immédiatement jusqu'à devenir, à peu de chose près, comparable à celle dans la chambre de pression m.
De ce chef, le piston d'application 29 se déplace rapidement vers la droite, en comprimant le ressort de rappel 33 et en entraînant le tiroir d'admission 34. Dès lors, celui-ci découvre la lumière d'admission dans la glace 35 de l'antichambre 27, de sorte que l'air du réservoir principal pénètre dans la chambre 28 du cylindre d'application, d'où il passe dans les cylindres de frein de la locomotive et du tender (fig. 808).
2. Remarquons que l'air du réservoir principal, admis par le robinet R dans la conduite d'application 8, pénètre également dans la chambre réceptrice 26 du cylindre d'application. Il s'ensuit que, même dans un cas fortuit d'un non fonctionnement de la triple valve TV, les cylindres de frein de la locomotive et du tender sont néanmoins alimentés par l'air du réservoir principal.
Remarque.- La chute brusque de pression dans la conduite générale 7 provoque naturellement aussi le fonctionnement des triples valves T1, T2... de la rame remorquée dont les freins se serrent.
Fig. 809. - Robinet R du frein automatique
Rôle de la soupape de sûreté Z
Après un serrage à l'action rapide (position VI) et remise du robinet R dans la position normale (position IV), la soupape de sûreté z, réglée à 3,5 kg/cm2, ramène automatiquement la pression d'air dans les cylindres de frein de la locomotive et du tender à la pression normale (3,5 kg/cm²).
Retour du piston 29 dans sa position moyenne.
Quel est le rôle de la soupape de sûreté z ? (fig. 809).
Lors d'un freinage à l'action rapide, la chambre réceptrice 26 est alimentée directement par l'air du réservoir principal, la pression d'air atteint ainsi une valeur supérieure de 30 % à la pression normale de 3,5 kg/cm² d'un serrage gradué à l'action ordinaire. Il en résulte que la pression d'air dans les cylindres de frein de la locomotive et du tender atteindra également une valeur supérieure de 30 % à la pression normale.
Lorsque la poignée du robinet R est remise à la position neutre, la pression dans la chambre réceptrice 26 est ramenée à la pression normale par l'échappement d'air qui se produit par la soupape z, réglée à 3,5 kg/cm².
Automatiquement, la pression d'air dans les cylindres de frein de la locomotive et du tender est ramenée à la pression normale, soit 3,5 kg/cm² par le déplacement du piston 29, qui met momentanément la chambre 28 en communication avec l'atmosphère.
Remarque. - Lorsque l'équilibre des pressions s'est rétabli de chaque côté du piston 29, celui-ci, sollicité par le ressort de rappel 33, revient dans sa position moyenne (fig. 809).
Quel est le rôle de la valve q de propagation de l'action rapide ?
La brusque chute de pression, survenant dans la conduite générale 7 lors du freinage à l'action rapide (position VI du robinet R), provoque également le fonctionnement automatique de la valve de propagation de l'action rapide q, montée sur la conduite générale 7.
Son rôle est d'accélérer la chute de pression dans la conduite générale. Ce rôle est comparable à celui de la triple valve à action rapide des tenders équipés au frein Westinghouse automatique habituel.
Le frein indépendant n'intéresse que la locomotive et le tender ; c'est un frein direct.
Le robinet r du frein indépendant est comparable au robinet du frein direct (voir page 681), mais sa manœuvre est combinée avec celle du frein Westinghouse automatique habituel.
La poignée du robinet indépendant r peut occuper cinq positions :
a) Après que le machiniste a serré graduellement à l'action ordinaire les freins du train entier (position V du robinet R, page 701)
et, tout en maintenant le robinet R du frein automatique dans la position neutre (position IV, page 703),
le machiniste peut, par une manœuvre complémentaire du robinet indépendant :
Etant entendu cependant qu'il est préférable de desserrer en premier lieu les freins de la rame remorquée et, en second lieu, les freins de la locomotive et du tender.
Examinons d'abord les deux cas repris aux 1° et 2° ci-dessus.
Fig. 810. - Robinet indépendant r
Position 4
Serrage modéré des freins de la locomotive et du tender.
Renforcement du freinage de la locomotive et du tender.
Renforcement du serrage des freins de la locomotive et du tender.
Comme le montre la figure 810, lorsque le robinet indépendant r est dans la position 4, il établit une communication à travers une section étranglée entre la conduite 3 de la valve d'alimentation j et la conduite d'application 8, il s'ensuit que l'air débité arrive à pression réduite dans la chambre réceptrice 26 du cylindre d'application C.
Or, à ce moment, le piston d'application 29 occupe sa position moyenne puisque le robinet R est dans sa position neutre, position IV (fig. 804, page 704).
Sous l'effet de l'élévation de pression dans la chambre 26, le piston d'application 29 se déplace lentement vers la droite, en comprimant le ressort de rappel 33, jusqu'à venir en contact avec le tiroir d'échappement 36.
Cependant, celui-ci n'est pas entraîné à cause de la résistance au glissement qu'il oppose par suite de la pression du ressort qui l'appuie sur sa glace.
Par contre, le tiroir d'admission 34, solidaire de la tige 31 du piston, découvre légèrement la lumière d'admission dans la glace de l'antichambre 27, ce qui permet à l'air du réservoir principal de pénétrer dans la chambre de distribution 28 du cylindre d'application C et, de là, dans les cylindres de frein de la locomotive et du tender, à la manière d'un frein direct.
L'action de l'air du réservoir principal vient se superposer à celle de l'air qui y a déjà été admis lors du freinage à l'action ordinaire par la manœuvre du robinet R, avant que celui-ci ait été remis dans sa position neutre.
Fig. 811. - Robinet indépendant r
Position 1
Desserrage des seuls freins de la locomotive et du tender.
Desserrage des seuls freins de la locomotive et du tender (fig. 811).
Dans la position 1, le robinet indépendant r met en communication directe avec l'atmosphère la conduite d'application 8 des freins de la locomotive et du tender.
Il en résulte que l'air de la chambre réceptrice 26 s'échappe à l'atmosphère et cette chambre se vide.
A ce moment, par suite de la position neutre du robinet R (fig. 804, page 704), le piston d'application 29 occupe sa position moyenne et une certaine pression règne dans la chambre de distribution 28 du cylindre d'application, à droite du piston d'application 29.
Sous l'effet de la rupture brusque d'équilibre des pressions sur les deux faces du piston d'application 29, celui-ci se déplace vers la gauche, à fond de course, en entraînant le tiroir d'échappement 36, celui-ci découvre la lumière d'échappement dans la glace 37 du cylindre d'application, il s'ensuit que l'air des cylindres de frein de la locomotive et du tender s'échappe à l'atmosphère et ces freins se desserrent.
Remarque. - En même temps, le robinet indépendant r relie à l'atmosphère la conduite 3 de la valve d'alimentation j, ce qui provoque le sifflement qui avertit le machiniste.
Fig. 812. - Robinet indépendant r
Position 5
Serrage énergique des freins de la locomotive et du tender.
b) Serrage des seuls freins de la locomotive et du tender.
Lorsqu'une locomotive circule haut-le-pied ou lorsqu'elle remorque une rame, le machiniste peut provoquer un ralentissement énergique par la seule manœuvre du robinet indépendant r agissant sur les seuls freins de la locomotive et du tender, le robinet R du frein automatique étant maintenu dans la position de marche. En effet :
Dans la position 5 (fig. 812), le robinet r établit une communication à grand débit entre la conduite 3 de la valve d'alimentation j, la conduite d'application 8 et la chambre réceptrice 26.
A ce moment, le piston d'application 29 se trouve à fond de course à gauche et ne subit aucune pression du côté de la chambre de distribution 28 du cylindre d'application, le robinet R du frein automatique étant dans la position normale de marche (fig. 802, page 700).
Sous l'effet de la forte élévation de pression survenant dans la chambre réceptrice 26, le piston d'application 29 se déplace brusquement vers la droite jusqu'à fond de course, en comprimant le ressort de rappel 33.
Le tiroir d'admission 34 découvre ainsi la lumière d'admission dans la glace 35 de l'antichambre 27, il s'ensuit que l'air du réservoir principal afflue par la chambre de distribution 28 du cylindre d'application vers les cylindres de frein de la locomotive et du tender qui se serrent, tout comme dans un frein direct.
Fig. 813. - Robinet indépendant r
Position 3
Position neutre ou d'isolement
Maintien du serrage des seuls freins de la locomotive et du tender.
Maintien de la pression acquise dans les cylindres de frein de la locomotive et du tender.
Dans cette position 3 (fig. 813), le robinet indépendant r coupe toutes les communications entre les diverses tuyauteries qui aboutissent à ce robinet.
Dans ces conditions, un équilibre des pressions s'établit, à un moment donné, sur les deux faces du piston d'application 29.
Ce dernier, poussé par le ressort de rappel 33, reprend dès lors sa position moyenne, de sorte que le tiroir d'admission 34 referme la lumière d'admission, tandis que le tiroir d'échappement 36 continue à isoler de l'atmosphère les cylindres de frein de la locomotive et du tender qui, de ce fait, restent serrés.
C'est la position de marche du robinet indépendant r (fig. 801).
La poignée est laissée dans cette position lorsque l'on ne fait pas usage du robinet indépendant r, c'est-à-dire lorsque l'on freine au moyen du robinet R du frein automatique.
C'est la position dans laquelle est maintenu le robinet indépendant r pour toutes les positions du frein automatique R.
Aussitôt après accouplement de la locomotive qui a la desserte du frein (la locomotive de tête), le machiniste de la locomotive qui n'a pas la desserte du frein (la deuxième locomotive) doit :
Le frein automatique de la locomotive qui n'a pas la desserte du frein se trouve ainsi placé dans les mêmes conditions de fonctionnement que les freins de la rame remorquée.
Remarque I. - Si, à un moment donné, le machiniste d'une locomotive qui n'a pas la desserte du frein, juge nécessaire de desserrer les freins de sa locomotive, indépendamment de ceux du restant du train, il peut le faire en utilisant son robinet indépendant r.
Dans ce cas, il suffît, en effet, de placer la poignée du robinet indépendant dans la position de desserrage (position 1), ce qui met la conduite d'application 8 en communication avec l'atmosphère.
Remarque II - Aussitôt après le découplement de la locomotive qui a la desserte du frein (la locomotive de tête), le machiniste de la locomotive qui n'a pas la desserte du frein (la deuxième locomotive), doit rouvrir le robinet d'isolement v de la conduite générale 7.
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Robinet d'isolement y et soupape r’. - En cas d'avarie de la pompe à air de la locomotive en deuxième position, il s'agit d'alimenter le réservoir principal pour assurer le freinage de cette locomotive et de son tender.
Cette manœuvre est possible en ouvrant le robinet y. Le réservoir principal est alors alimenté à la pression de 5 kg/cm² par la conduite générale 7 et la soupape r’.
Lors du freinage, c'est-à-dire dans le cas de la vidange partielle ou totale de la conduite générale, la soupape r' isole le réservoir principal qui, lui, alimente le distributeur et, par là, les freins de la locomotive et du tender.
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Remarques.
1. La conduite générale 7
relie le robinet du mécanicien automatique R
2. La conduite de freinage 12
relie le distributeur aux cylindres de frein de la locomotive et du tender.
La conduite de desserrage du distributeur 9
relie le cylindre d'application C au robinet du mécanicien R en passant par le robinet indépendant r.
La conduite d'application 8
relie le cylindre d'application C du distributeur aux deux robinets R et r.
Chambres d'application m et n. - La chambre d'application n a pour but d'augmenter la capacité de la chambre 26, de manière à rendre celle-ci moins sensible aux modifications de la pression.
Sauf à la position VI du robinet R, la chambre n est toujours en communication avec la chambre réceptrice 26.
La chambre de pression m fait office de réservoir auxiliaire et son volume est établi en conséquence.
Distributeur. - Le distributeur est commandé indifféremment par le robinet automatique R ou par le robinet indépendant r. Dans les deux cas :
Maintien de la pression aux cylindres de frein. - Remarquons que le piston d'application 29 reçoit sur l'une de ses faces la pression qui a été assurée par la manœuvre d'un quelconque des deux robinets R ou r sur son autre face s'exerce la pression de l'air aux cylindres de frein.
Quand ces pressions s'équilibrent, le piston d'application 29 reste immobile, maintenant fermés les tiroirs d'admission et d'échappement.
Si ces pressions sont inégales, le piston d'application 29 se déplace et provoque, suivant les circonstances, l'ouverture soit du tiroir d'admission, soit du tiroir d'échappement ; la pression aux cylindres s'élève ou s'abaisse jusqu'à ce qu'elle ait atteint la même valeur que celle qui règne dans la chambre d'application 26.
Sur une locomotive munie de l'équipement ET, le machiniste peut exécuter à volonté :
Le serrage des freins pouvant être fait graduellement sur le train entier.
Le desserrage des freins ne peut être gradué que sur la locomotive et le tender seulement (modérabilité au desserrage).
Dans un train de marchandises, il n'est pas nécessaire que tous les wagons soient freinés, cela dépend du profil des voies. Il suffit qu'un certain nombre de wagons soient équipés du frein complet (c'est-à-dire soient pourvus d'un cylindre de frein, d'un réservoir auxiliaire et d'une triple valve) ; les autres wagons ne possèdent que la conduite générale (note 729) indispensable pour assurer la continuité du frein d'un bout à l'autre du train. A la S.N.C.B., 50 % des wagons seulement sont équipés du frein complet.
L'équipement des wagons munis du frein complet présente deux variantes :
1) Les wagons dont l'équipement est prévu pour freiner la tare seule du wagon, que le wagon soit vide ou qu'il soit partiellement chargé.
2) Les wagons pour lesquels deux régimes de freinage sont prévus selon que le wagon est vide ou chargé. Pour cela, l'équipement de frein est agencé de telle manière que l'on puisse freiner la tare seule quand le wagon est vide ou quand son chargement n'atteint pas un certain taux ou bien que l'on puisse freiner la charge en plus de la tare quand le chargement du wagon atteint ou dépasse le taux prévu.
Les wagons équipés pour freiner à volonté la tare seule ou bien la tare plus le chargement, portent sous chacun des longerons du wagon, une poignée appelée inverseur, qui actionne un axe horizontal en relation avec la triple valve (fig. 814 et 815).
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| Fig. 814 n = nombre de tonnes-frein pour lequel le wagon compte, l'inverseur étant dans la position «vide» à gauche. |
Fig. 815 n' = nombre de tonnes-frein pour lequel le wagon compte, l'inverseur étant dans la position «chargé» à droite. |
| n" = tonnage à partir duquel l'inverseur doit être incliné à droite. | |
La poignée de l'inverseur inclinée à gauche (position : vide) correspond au freinage de la tare seule ; quand elle est inclinée à droite (position : chargé), elle correspond au freinage de la tare et du chargement.
Dans ce cas, le serrage des freins s'opère en deux phases :
On procède de cette manière pour éviter que des réactions se produisent dans les attelages en cas de freinage très rapide de wagons inégalement freinés (wagons vides, wagons chargés, wagons freinés inégalement répartis dans le train, courses inégales du piston des cylindres de frein).
Les wagons freinés à la tare seule (voir 1° page 729) ne sont naturellement pas munis d'inverseur.
Le fonctionnement est le même que dans le cas de la tare seule, mais, par suite de la position renversée de l'inverseur, pendant la seconde phase, l'air comprimé est admis dans un second cylindre de frein.
L'intervention de ce second cylindre sur la timonerie du frein permet d'augmenter la pression des sabots de frein sur les bandages des roues.
Remarque I. - On ne freine jamais la totalité de la tare ni la totalité de la charge pour éviter le calage des roues.
Remarque II. - Pour le matériel à voyageurs, le freinage est basé sur la tare.
Le frein Westinghouse n'est pas modérahle au desserrage, cela ne présente aucun inconvénient pour le réseau belge dont les sections de lignes en forte pente ne sont pas très longues (note 731). Mais les wagons belges sont appelés à circuler sur les réseaux étrangers dont certains présentent des pentes très fortes et très longues, il est alors nécessaire de remédier au manque de modérabilité du frein Westinghouse automatique. C'est pourquoi on a imaginé le dispositif «Plaine-Montagne», qui a pour effet de retarder considérablement le desserrage des freins sur les lignes fortement accidentées.
En plaine et sur les lignes en pentes inférieures ou égales à 20 mm/m, le desserrage des freins, c'est-à-dire l'évacuation de l'air comprimé du cylindre de frein se fait par deux orifices à l'intervention de la triple valve, tandis que, en montagne (pentes supérieures à 20 mm/m), il n'y a plus qu'un seul orifice d'évacuation de l'air comprimé du cylindre de frein, d'où retardement du desserrage.
Avec la poignée sur «Plaine», les sabots de frein sont décollés lors du desserrage après au moins 25 secondes et au plus après 60 secondes (temps moyen 40 secondes), tandis que, avec la poignée sur «Montagne», ces temps sont respectivement de 45 et 110 secondes (temps moyen : 80 secondes).
Une poignée horizontale, visible sur les figures 814 et 815, est placée sous le longeron et commande le dispositif de retardement de l'échappement appliqué à la triple valve.
Il faut tirer la poignée à soi pour placer l'échappement dans la position «Montagne» ; il faut la repousser pour rétablir l'échappement «Plaine».
Lorsque la poignée est dans sa position normale, la lettre P (Plaine) est visible au-dessus de la poignée. Dans la position «Montagne», un voyant, portant la lettre M, vient recouvrir la lettre P.
Il suit, de ce qui précède, qu'en Belgique, la poignée est placée en permanence sur la position «Plaine» (note 732_1).
Dans ce système, les cylindres de frein supplémentaires pour le freinage de la charge sont supprimés.
Les balanciers horizontaux de la timonerie centrale sont reliés entre eux par deux bielles intermédiaires, pourvues l'une et l'autre d'une boutonnière allongée qui permet de modifier les amplifications de la timonerie, selon qu'il s'agit de freiner la tare seule ou de freiner la tare plus la charge.
Le passage d'une amplification à l'autre se fait par le déplacement d'une came et cela, en manœuvrant dans un sens ou dans l'autre la poignée de l'inverseur habituel vide-chargé.
Pour le freinage de la tare plus la charge, la came est disposée obliquement et la force est transmise du cylindre de frein aux sabots par la bielle qui donne l'amplification la plus forte.
Pour le freinage de la tare seule, la transmission de la force se produit par l'intermédiaire de l'autre bielle, c'est-à-dire par celle qui donne l'amplification la plus réduite.
Le dispositif vide-chargé SAB est appliqué aux 9.400 wagons commandés en 1947 par la S.N.C.B. (3.500 wagons tombereaux de 25 tonnes et 5.900 wagons fermés de 20 tonnes).
Ce système remplace le dispositif habituel «vide-chargé» : il fonctionne automatiquement.
Il comporte essentiellement un groupe amplificateur construit de telle manière qu'il permet de faire varier le rapport d'amplification de la timonerie depuis la valeur correspondant au freinage de la tare jusqu'à celle correspondant au freinage de la charge.
Fonctionnement.
La figure 816 représente schématiquement le montage sur un wagon.
Le piston du cylindre de frein 1 attaque l'extrémité a d'un levier 19.
L'autre extrémité b du levier 19 est reliée par une bielle de traction 5 aux balanciers centraux 6 accouplés de la manière habituelle aux timoneries des essieux.
D'autre part, quand la lige du piston avance vers la droite, le levier 19 prend appui, à un moment donné, sur la pièce 30 mobile le long de la paroi d'appui P. Dès ce moment, le levier 19 se transforme en balancier pivotant autour de la pièce 30.
Il est clair que la position de la butée mobile 30 déterminera l'amplification du levier 19 et, par conséquent, l'effort de freinage transmis aux sabots.
Pour rendre la position de la butée 30 dépendante du poids sous charge du wagon, on a recours à une lame 42 formant ressort calibré.
Fig. 816
Fig. 817
Dispositif autocontinu SAB réalisant le freinage proportionnel à la charge.
Cette lame est soumise à la tension de deux tringles 14 reliées chacune, du côté des extrémités du wagon, à un appareillage de bascule uniquement influencé par la charge qui repose sur l'une des extrémités des ressorts de suspension R et cela, indépendamment de leur affaissement élastique ou permanent.
La tension de chacune des tringles 14 et, par conséquent, celle de la lame 42, est donc fonction de cette charge.
Quand, sous l'effet d'une charge plus élevée, le ressort R fléchit, le châssis s'affaisse et le levier coudé cd, solidaire de la tringle 14, prend la position oblique représentée figure 817, la tringle 14 est tirée vers la droite ainsi que la lame 42, dont la hauteur de flèche diminue. De même, une diminution de la charge entraîne une augmentation de la hauteur de flèche de la lame qui a tendance à reprendre sa courbe primitive. Cette hauteur de flèche, dépendante du poids du wagon chargé, détermine la position de la butée mobile 30, c'est-à-dire le rapport d'amplification de la timonerie de frein ; ce rapport est donc, à tout moment, fonction du poids du wagon chargé.
Le dispositif autocontinu SAB est appliqué à 100 wagons fermés de 20 tonnes commandés par la S.N.C.B. en 1947.
Considérons un cylindre déformable C constitué, par exemple, de deux plateaux en acier 1 el 2, réunis par une membrane en cuir plissée en forme d'accordéon (fig. 818).
Fixons le plateau supérieur au châssis d'un véhicule et relions la timonerie du frein au plateau inférieur.
Si, au moyen d'un éjecteur, nous faisons le vide dans ce cylindre, le plateau inférieur 2, soumis à la pression atmosphérique extérieure viendra se coller contre le plateau supérieur, la timonerie sera entraînée par le plateau et les sabots de frein s'appliqueront contre les bandages des roues.
Fig. 818. - Principe du frein à vide.
Si nous laissons rentrer l'air dans le cylindre de frein, le plateau inférieur 2, sollicité par son poids et celui de sa tige, redescendra et les freins se lâcheront.
Dans un frein de ce genre, la pression motrice est donc la pression atmosphérique, elle agira avec d'autant plus de force que le vide produit dans le cylindre aura été poussé plus loin.
Nous pouvons concevoir un cylindre de frein de ce genre, monté sur chaque véhicule d'un train (fig. 819), chaque cylindre étant en communication par son tuyau t avec une conduite générale, la conduite générale aboutissant à un éjecteur monté sur la locomotive ; nous aurons ainsi réalisé un frein continu à vide, c'est sous cette forme qu'il fut construit pour la première fois par Smith en 1872.
Ce frein est-il automatique ?
Non, puisque le desserrage correspond à une rentrée d'air ; lorsqu'une rupture d'attelage se produit, l'air rentre dans la conduite générale et les freins se lâchent s'ils sont appliqués à ce moment ; ils ne se serrent pas s'ils sont lâchés ; c'est un frein direct, le vide étant produit au moment de servir.
Plus tard, le frein Smith fut modifié par Hardy.
Fig. 819
Frein à vide continu et direct, non automatique.
Ce frein à vide, tout comme le frein direct à air comprimé, est modérable tant au serrage qu'au desserrage.
En effet, au serrage, en augmentant graduellement le vide dans la conduite générale, on augmentera à volonté, depuis zéro jusqu'au maximum, la pression sur les blocs de frein. En sens inverse, au desserrage, en laissant rentrer l'air en plus ou moins grande quantité dans la conduite générale, les freins se desserreront au degré désiré.
Pour réaliser l'automaticité, il fallait que le vide existât à l'état permanent sur chaque véhicule et par conséquent, il fallait pourvoir chaque véhicule d'un réservoir de vide, c'est ce que fit, vers 1880, la «Compagnie du frein à vide».
En principe, le frein à vide automatique «Clayton» est construit comme suit :
Un grand réservoir AB (fig. 820), constitue le réservoir de vide, il renferme le cylindre de frein, ouvert par le dessus et dans lequel se déplace un piston P dont la tige commande la timonerie. Le réservoir de vide et le cylindre de frein communiquent avec la conduite générale par les conduits a et b.
Dès lors, si un éjecteur, placé sur la locomotive, aspire l'air de la conduite générale, le vide se fait en même temps dans le réservoir de vide, au-dessus et au-dessous du piston du cylindre de frein. Le piston, en équilibre de pression sur ses deux faces, descend en vertu de son propre poids et les freins sont lâchés.
Une soupape s, placée sur le conduit a, permet la sortie de l'air du réservoir de vide mais n'y permet pas sa rentrée. Il s'ensuit que, pour serrer les freins, il suffît de laisser rentrer l'air extérieur dans la conduite générale, cet air, repoussant la soupape s sur son siège, ne peut passer dans le réservoir de vide, mais il pénètre librement sous le piston par le conduit b (fig. 821), le piston, soulevé par la pression atmosphérique, entraîne la timonerie et les freins se serrent.
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| Fig. 820. - Frein à vide continu et automatique «Clayton» Desserrage des freins. |
Fig. 821. - Frein à vide continu et automatique «Clayton» Serrage des freins. |
Survienne une rupture d'attelage, l'air atmosphérique rentre dans les deux tronçons de la conduite générale, les deux parties du train se bloquent et restent sur place.
Les freins se serreraient de même en cas de rentrées d'air par la conduite générale ou par le bourrage de tige du piston. L'automaticité est donc bien assurée.
Le vide réalisé varie entre 45 et 50 centimètres de mercure alors que le vide absolu correspond à 76 centimètres de mercure.
Le frein à vide automatique décrit ci-dessus a été perfectionné par l'adoption d'une valve à action rapide.
Lors d'une rentrée d'air importante dans la conduite générale, ce qui se produit dans le cas d'un serrage d'urgence, les valves à action rapide fonctionnent et mettent tous les cylindres de frein directement en communication avec l'atmosphère.
A la différence du frein Westinghouse automatique qui n'est modérable qu'au serrage, le frein à vide automatique est modérable tant au desserrage qu'au serrage.
On peut, en effet, quand les freins sont appliqués, faire le vide graduellement et partant desserrer les freins graduellement.
En outre, on peut après un léger desserrage, refaire immédiatement un serrage modéré ou d'urgence, sans qu'il soit besoin de le desserrer complètement. Ce sont là deux des avantages principaux du frein à vide.
Remarque. - Avec le frein à vide, le vide produit ne dépasse guère 52 centimètres de mercure, ce qui correspond à une pression motrice de 
gr par cm², alors que la pression dans le réservoir auxiliaire du frein à air comprimé peut atteindre 5 kg/cm². Il s'ensuit que, toutes choses égales, le diamètre du piston du cylindre du frein à vide doit être beaucoup plus grand. Il peut en résulter des difficultés d'installation, surtout sur les locomotives.
Le frein à vide possède une vitesse de propagation supérieure à celle du frein à air comprimé. L'air raréfié étant moins dense que l'air comprimé, la vitesse de propagation du freinage est d'environ 306 mètres par seconde dans les conduites du frein à vide automatique à action rapide et de 150 mètres par seconde seulement dans le cas du frein à air comprimé à action rapide.
Avant l'application, en 1933, du frein automatique à air comprimé aux trains de marchandises, la contre-vapeur était couramment utilisée sur les locomotives à marchandises pour éviter l'emballement des trains sur les longues pentes, telles que celles de la ligne du Luxembourg. Son emploi régulier exigeait alors certaines précautions tant pour éviter les avaries aux pistons, aux cylindres et aux couvercles des cylindres que pour obtenir un «diagramme» résistant satisfaisant.
Remarquons que la contre-vapeur était limitée au seul pouvoir adhérent des essieux moteurs et accouplés de la locomotive, alors que le frein continu peut agir sur tous les essieux de la locomotive, du tender et des wagons qui sont équipés au frein complet (cylindre de frein, réservoir auxiliaire et triple valve).
Considérée isolément comme moyen de freinage, l'action de la contre-vapeur pouvait être réglée à volonté, elle constituait donc un frein d'une modérabllité complète.
Si, la machine étant poussée en avant par le train lancé à une certaine vitesse, le machiniste renverse le levier de changement de marche, les éléments de la distribution et le mouvement des tiroirs sont identiques à ce qu'ils seraient si la machine marchait en arrière ; nous devons donc considérer que, seul, le mouvement du piston continue à correspondre à la marche en avant et, par conséquent, lire le diagramme (fig. 822) en sens contraire. Au lieu de considérer le parcours ABGDHA, nous envisagerons les périodes successives ABCDEFA.
Pendant la période A F, qui correspondait à l'avance à l'admission en marche directe, la vapeur admise presse sur le piston de façon à accélérer le mouvement. Cette phase ne dure pas longtemps car la lumière se ferme bientôt.
Fig. 822. - Marche à contre-vapeur.
De F en E, c'est la période correspondant à la compression en marche normale ; les lumières sont fermées, la vapeur contenue dans le cylindre se détend, poussant toujours le piston en avant, mais, peu après, le cylindre est mis en communication avec l'échappement, de E en D ; à ce moment, le peu de vapeur détendue qui se trouve dans le cylindre s'échappe ; la durée de cet échappement est très courte et, comme le piston avance toujours, il fait le vide derrière lui, il se produit donc une aspiration dans le conduit d'échappement et, par là, dans la boite à fumée. Le piston achève sa course, alors que le cylindre est toujours en communication avec l'échappement. Pendant cette course (sauf à la fin), l'effort développé sur le piston a été légèrement moteur.
Au début de la course de retour, de D en C, le cylindre reste en communication avec l'échappement, le piston refoule à faible vitesse dans la décharge une partie des gaz aspirés pendant la course d'aller ; mais bientôt la lumière se ferme, les gaz qui restent dans le cylindre sont comprimés et ainsi, de C en B, commence une phase réellement retardatrice.
Enfin, pendant la période correspondant à l'admission en marche normale, c'est-à-dire de B en A, la lumière se rouvre et la vapeur vive est admise dans le cylindre, elle s'oppose alors avec toute sa pleine pression au mouvement du piston, celui-ci refoule la vapeur avec les gaz comprimés dans la boîte de distribution et de là, dans la chaudière.
L'examen du diagramme montre que le travail résistant en contre-vapeur est moindre que le travail moteur développé en marche directe pour le même cran d'admission.
Remarque.
La contre-vapeur peut arrêter le mouvement de rotation des roues motrices et accouplées, puis les faire tourner en sens inverse, malgré que la locomotive soit poussée en avant par le train lancé. Dans ce cas, les roues motrices et accouplées doivent forcément patiner. Comme ce patinage est dangereux pour le mécanisme et qu'il réduit l'effet utile de la contre-vapeur, il faut l'éviter en faisant usage de la sablière et en modérant l'action résistante de la contre-vapeur par la manœuvre du levier de changement de marche.
Sur certains réseaux, la contre-vapeur est encore utilisée à la descente des longues pentes pour modérer la vitesse sans employer le serrage des sabots de frein ou en n'usant que modérément de celui-ci.
Le frottement des sabots contre les bandages développe de la chaleur et quand le freinage est prolongé, l'échauffement excessif du bandage diminue le serrage de celui-ci sur le corps de roue ; il s'ensuit que le freinage tend à faire tourner le bandage sur le corps de roue.
