Brevet FR2009592A1 — publié le 19700206

L'invention concerne les véhicules ferroviaires, et en particulier mais non exclusivement les wagons de chemins de fer incorporés à des trains rapides de voyageurs qui peuvent rouler à des vitesses supérieures à 160 km/h. 5 Lorsqu'on étudie un wagon de voyageurs pour les rapides circulant sur des lignes qui ne sont pas prévues pour des vitesses si élevées, il faut combattre l'influence de la force centrifuge sur le confort des voyageurs sous l'effet d'une insuffisance du dévers de la voie dans les courbes, quand le train 10 franchit ces courbes aux grandes vitesses prévues. Une façon d' obtenir ce résultat consiste à incliner la caisse du wagon transversalement, par rapport aux trains de roues. Pour le confort des voyageurs, il est désirable d'incliner la caisse du wagon de façon que la force résultante agissant sur chaque voya-15 geur soit perpendiculaire ou à peu près perpendiculaire au plancher du wagon. D'une façon idéale, on incline donc la caisse du wagon de façon que le plancher fasse avec le plan de la voie un certain angle égal à l'insuffisance du dévers. Il est clair que l'insuffisance 9^ du devers est fonction de la vitesse du 20 véhicule et du rayon de la courbe parcourue par le véhicule. Pour obtenir un emploi optimal de l'espace disponible dans les limites de gabarit de la voie, le centre d'inclinaison autour duquel le wagon tourne se trouve normalement à une hauteur relativement grande à l'intérieur de la caisse du wagon. Pour faire 25 pivoter matériellement la caisse du wagon autour de ce centre d' inclinaison, il faudrait donc une structure pénétrant dans l'espace réservé aux voyageurs, ce qui serait très désavantageux. L'invention a pour objet de réaliser un mécanisme qui incline la caisse autour du centre d'inclinaison précité, mais 30 qui est contenu dans son ensemble sous le plancher du wagon. Suivant l'invention, on prévoit un véhicule ferroviaire comprenant au moins un essieu monté à chaque extrémité, une traverse supportée par cet essieu par l'intermédiaire d'une suspension latérale lui permettant de se déplacer latéralement par 35 rapport à l'essieu en surmontant une rigidité prédéterminée de la suspension transversale, un dispositif de liaison installé entre cette traverse et la caisse du véhicule et obligeant la caisse à se déplacer latéralement avec la traverse, si bien que la caisse et la traverse sont déplacées ensembles latéralement 40 sous l'effet de la force centrifuge, sur une distance fonction 69 17525 2009592 de la rigidité de la suspension transversale mais permettant une inclinaison latérale de la caisse par rapport à la traverse, et un dispositif de servo-commande pour incliner la caisse du véhicule par rapport à la traverse, d'un angle fonction de la 5 force centrifuge, pendant le déplacement latéral, grâce à quoi le centre effectif de pivotement de la caisse se trouve dans le plan vertical longitudinal médian du véhicule, au dessus du plancher du véhicule. Le terme "traverse" englobe ici toute forme appropriée de 10 poutre ou de cadre. On voit ainsi que le dispositif d'inclinaison d'un véhicule ferroviaire prévu par l'invention est avantageusement combiné avec la suspension latérale du véhicule d'une façon qui permet une suspension latérale douce et qui réduit le déséquilibre 15 transversal. Dans le cas d'un simple véhicule à quatre roues, on prévoit une traverse et un dispositif de comïïiande d'inclinaison sur chaque essieu. De même, sur un véhicule à bogies dans lequel chaque bogie comprend deux ou trois essieux, on prévoit une telle tra-20 verse et un tel dispositif de commande d'inclinaison sur chaque bogie. Dans le cas oh. deux véhicules ferroviaires sont reliés par une poutre qui est articulée à ses extrémités aux deux caisses à une certaine distance des extrémités de ces caisses, le dispo-25 sitif de liaison peut se trouver entre cette poutre et une traverse installée sur un seul train de roues, ou bien on peut prévoir des traverses sur deux trains de roues dont chacun possède un dispositif de commande d'inclinaison pour chacune des caisses. 30 Ces dispositifs de liaison sont avantageusement disposés de façon que la caisse pivote sur eux, la suspension transversale possède une rigidité constante et les dispositifs de commande d'inclinaison inclinent la caisse sur le pivot précité d' un angle sur la verticale KG directement proportionnel à la for-35 ce centrifuge, grâce à quoi le centre d'inclinaison, effectif de la caisse se trouve à une distance d du pivot donnée à peu près par l'équation : d = Mg/Kky , où. K est une constante qui peut être supérieure, égale ou infé 69 17525 3 20Ô9592 rieure à l'unité, M est la masse de la caisse et de la traver— se, et g est l'accélération de la pesanteur* On va maintenant décrire l'invention plus en détail avec référence aux dessins annexés. 5 La figure 1 montre schématiquement un exemple de dispositif d'inclinaison en position non inclinée. La figure 2 montre le dispositif de la figure 1 âsns tma position inclinée. La figure 3 montre schématiquement un deuxième exemple de 10 dispositif d'inclinaison en position non inclinée. La figure 4 montre le dispositif de la figure 3 dans une position inclinée. La figure 5 est un plan schématique d'un véhicule relié à un autre véhicule d'un train par une poutre de direction et mon-15 tre les positions relatives de ces véhicules dans une courbe. La figure 6 est une perspective d'un exemple de réalisation d'un essieu monté avec la traverse associée. La figure 7 est une vue schématique du servo-mécanisme commandant l'inclinaison. 20 On voit but les figures 1 et 2 la disposition d'un essieu monté dans un véhicule à quatre roues, l'autre essieu monté étant identique, La droite 1 en traits mixtes représente l'axe géométrique de l'essieu qui porte les deux roues et qui peut tourner dans des boîtes d'essieux. Le véhicule possède une tra-25 verse 2 disposée transversalement et dont les extrémités sont reliées de façon à pouvoir pivoter aux extrémités inférieures de bielles de suspension 3. A leurs extrémités supérieures, les bielles 3 sont montées de façon à pouvoir pivoter par rapport à un châssis 4 porté directement par les boîtes d'essieux préci-30 tées. Cette disposition réalise une suspension transvèrsale passive et douce. Mais le système fonctionne avec une forme quelconque de suspension transversale, utilisant une énergie potentielle comme le font des bielles de suspension ou une énergie de déformation comme le font de simples ressorts. De cette 35 façon, la traverse peut "osciller" assez librement dans le sens transversal du véhicule et par rapport à l'essieu monté sous l'effet de la force centrifuge, mais elle ne peut pas s'incliner. La caisse 5 du véhicule peut pivoter en P par rapport à une membrure 6 rigidement fixée a la traverse oscillante 2 ain— 40 si que, par un pivot analogue, à une traverse oscillante de 69 17525 4 2009592 l'autre essieu monté, mais en l'obligeant à se déplacer latéralement avec la traverse 2. Dans cet exemple, le dispositif d© commande d'inclinaison comprend des vérins hydrauliques 7 et et sert à incliner la caisse autour du pivot P d'un angle fonG= 5 tion de la force centrifuge, celle—ci étant déterminée par-un accéléromètre monté sur la caisse du véhicule. L'actionnement du dispositif de commande d'inclinaison sera décrit plus loia avec référence à la figure 7. Le plan vertical médian longitudinal du véhiculeest iMi-10 qué par une droite 9 en traits mixtes, et le plan mé-îsn de la caisse est indiqué par une droite 10 également en traits misâtes. Le point 0 est la position désirée du centre de pivotement de la caisse dans le plan vertical 9, et G est le centre d#> 15 gravité de la caisse. La figure 2 montre la disposition géométrique de l'ensemble dans une courbe à rayon constant , avec une forte insuffla sance ©d de dévers. La caisse du véhicule est donc inclinée â" un angle ©^ autour du centre 0 par les vérins 7 et 8. Sous 1» 20 effet de la force centrifuge Mg©^ , la traverse 2 se déplace latéralement d'une distance PQ » Mg©d/ky par rapport à l'essieu, k étant la rigidité de la suspensifs w transversale. Pour que la géométrie de l'inclinaison c©r- 25 recte, il faut que le point 0 se trouve à l'intersection défiai; médian de la caisse inclinée 5 avec la verticale passant pai5.1,8 milieu de l'essieu, c'est-à-dire avec le plan vertical longlte^» dinal médian du véhicule. On a dans ce cas : OP ss PQ/ sin©d . 30 Comme ©^ est faible, on peut confondre l'angle et ec:_ -iiius, en remplaçant PQ par sa valeur, on obtient : OP = Mg/ky . Cette relation s'applique à toute forme de suspension latéralf ayant une rigidité linéaire ky entre la traverse 2 et l'essieu 35 monté. Avec la suspension latérale constituée par des bielles (figure 2), la rigidité latérale a pour valeur ky = Mg/£ , où. t est la longueur des bielles de suspension. On a donc : 0P = L . La distance 0P dépend donc de la rigidité de la suspension BAD ORIGINAL 69 17525 5 2009592 transversale, mais elle a une longueur telle que, pour une position prescrite du centre de pivotement 0, le pivot P est habituellement situé sous le plancher du véhicule. Si la suspension verticale et antiroulis se trouve entre 5 la caisse 5 et la traverse 2, comme on le voit scJ^ématiquement sur les figures 3 et 4, où ces suspensions verticale et antiroulis sont représentées à titre d'exemple par des ressorts hélicoïdaux 12 en série avec les vérins 7 et 8 entre la caisse et la traverse, il se produit un mouvement vertical entre la cais-10 se et la traverse oscillante. Le pivot P est alors remplacé par une barre de liaison 11 qui est reliée à la caisse 5 et à la membrure 6, respectivement en R et en S. La barre 11 permet ce mouvement vertical de roulis, mais elle limite le mouvement latéral entre la traverse oscillante et la caisse. 15 II peut être désirable que l'inclinaison de la caisse soit inférieure à 1*insuffisance de devers 0^. Si l'angle d'inclinaison désiré est K©d , on a les relations suivantes, en remarquant que le déplacement latéral de la traverse est toujours Mgôd/ky , 20 OP = -Mg®,} / sin = Mg/Kky = £/K , car la suspension à bielles 0P se trouve donc augmentée du facteur 1/K. La figure 5 montre en plan une partie d'un train dans la-25 quelle deux véhicules voisins ont leurs caisses 5a et 5b reliées l'une à l'autre par une poutre de direction 13 qui est articulée à ses extrémités sur les axes des deux caisses 5 par des pivots verticaux et de roulis 14. Les extrémités contiguës des deux caisses 5 sont accouplées en 15 d'une façon qui leur permet de 30 prendre la disposition représentée lors du franchissement d'une courbe. La poutre 13 est montée sur deux paires de roues à peu près de la même façon que la caisse est montée sur l'essieu de la figure 3, c'est-à-dire par l'intermédiaire d'une barre de liaison, d'une traverse et de bielles de suspension. Une dispo-35 sition constructive convenable de l'essieu monté est représentée sur la figure 6, où l'on a utilisé autant-que possible les mêmes références que sur les figures 3 et 5. L'essieu peut tourner dans des boîtes d'essieux prévues dans un carter d'essieu 16, et par suite n'est pas visible sur 69 17525 6 2009592 la figure 6. Cet essieu porte deax roues 17. Le carter 16 correspond donc au châssis 4 des figures 1 à 4. La traverse 2 est constituée par une membrure rigide entourant l'essieu monté, et elle est suspendue par des bielles 3 pivotant à leurs"extrémités 5 supérieures sur des barres 16a par rapport au carter 16. Les vérins 7 et 8 sont dédoublés, ce gui est indiqué pour plus de clarté par les suffixes a et b. La poutre de direction 13 est reliée à la traverse par la barre 11. Les vérins 7a, 7b, 8a et 8b sont combinés avec un système hydropneumatique ou hydroméca-10 nique pour constituer des suspensions verticale et antiroulis représentées par exemple sur la figure 7» Les vérins 7a, 7b, 8a et 8b sont reliés à leurs extrémités supérieures à l'une des caisses des wagons, par exemple 5a. Un essieu monté analogue qui constitue le deuxième des essieux mon-15 tés sur la figure 5 aurait ses vérins reliés à leurs extrémités supérieures à la caisse 5b. Il est clair que les deux essieux montés de la fi,gure 5 pourraient être remplacés par un essieu monté unique; dans ce cas, les vérins de cet essieu unique seraient reliés aux deux 20 caisses 5a et 5b. Il est également clair que l'essieu monté de la figure 6 pourrait être utilisé pour un véhicule conforme à la figure 3» la connexion R se faisant alors directement avec la caisse du véhicule. 25 Pour obtenir une inclinaison correcte, il faut que les pi vots R et S de la barre de liaison 11 se trouvent à une distance Mg/ky au-dessous du centre de pivotement qui, pour la suspension à bielles, est égale à la longueur L de ces bielles. Pour cette raison, les liaisons latérales entre la traverse 2 30 et la barre 13 et la caisse 5 devraient se trouver à une distance 2. au-dessous du centre de pivotement. La figure 7 représente une forme simpLe du dispositif de commande de l'inclinaison, qui comprend les vérins hydrauliques 7 et 8. Ces vérins sont à double effet; autrement dit, ils pos-35 sèdent des compartiments de travail 18 à 21 au-dessus et au- dessous de leurs pistons 22, et le compartiment de travail situé au—dessus de chaque piston est relié au compartiment de travail situé sous l'autre piston par des liaisons 24 et 25. Les deux liaisons 24 et 25 sont également reliées entre elles 40 par une pompe hydraulique 26 commandée par un accélérometre 221. 69 17525 7 2009592 En réponse à un signal d'inclinaison provenant de l'accéléroaè-tre 221, une certaine quantité de liquide est envoyée par la pompe d'une paire de compartiments 18, 21 à l'autre paire 19»20 ou inversement, suivant le sens désiré d'inclinaison. Cela a 5 pour effet de disposer les pistons à peu près comme indiqué sur les figures 2 et 4. Des accumulateurs 23 peuvent être des dispositifs élastiques pneumatiques ou mécaniques, et constituent ainsi des suspensions verticale et antiroulis qui équivalent aux ressorts 12 de la 10 figure 4. Dans une variante du système décrit ci-dessus, les dispositifs simples de pivotement prévus entre la traverse et la caisse du wagon pourraient être remplacés par une tringlerie destinée à produire un mouvement sensiblement de rotation autour 15 du point de pivotement désiré, qui serait dans ce cas un point de pivotement imaginaire. Cela serait utile dans les cas où. le centre désiré de pivotement, c'est-à-dire le centre réel de rotation de la caisse, tombe à l'intérieur de l'espace occupé par les voyageurs dans la caisse, car on pourrait installer entiè-20 rement la tringlerie sous le plancher de la caisse. 69 17525 2009592 BEVSHPIOAglOHS 1. Véhicule ferroviaire, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un essieu monté à chaque extrémité, une traverse supportée par cet essieu par l'intermédiaire d'une suspension la-5 térale lui permettant de se déplacer latéralement par rapport à l'essieu en surmontant la rigidité prédéterminée de la suspén-sion latérale, un dispositif de liaison installé entre cette traverse et la caisse du véhicule et obligeant la caisse à se déplacer latéralement avec la traverse, si bien que la caisse 10 et la traverse sont déplacées ensemble latéralement sous l'effet de la force centrifuge, sur une distance fonction de la rigidité de la suspension latérale mais permettant une inclinaison latérale de la caisse par rapport à la traverse, eeb un dispositif de servo-commande pour incliner la caisse du véhicule par rap-15 port à la traverse, d'un angle fonction de la force centrifuge, pendant le déplacement latéral, grâce à quoi le centre effectif de pivotement de la caisse we trouve dans le plan vertical longitudinal médian du véhicule et au-dessus du plancher du véhicule. 20 2. Véhicule ferroviaire suivant la revendication 1, carac térisé en ce que le dispositif de liaison précité est disposé de façon à faire pivoter la caisse du véhicule par rapport à lui, le dispositif de suspension latérale possède une rigidité constante, et le dispositif de commande précité incline la eais-25 se autour de ce pivot d'un angle KO sur la verticale qui est directement proportionnel à la force centrifuge, la constante de proportionnalité K pouvant être supérieure, égale ou inférieure à l'unité, grâce à quoi le centre effectif de pivotement de la caisse se trouve à une distance d du pivot donnée pratiquement 30 par l'équation î d = Mg / Eky , où. M est la masse de la caisse et de la traverse, et g est 1' accélération de la pesanteur. 3. Véhicule ferroviaire suivant la revendication 2, carac-35 térisé en ce que la suspension latérale est constituée par des bielles et ky = Mg/t , où £. est la longueur des bielles, si bien qu'on a d = t/K. 4. Véhicule ferroviaire suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la caisse du véhicule pivote autour d'un 69 17525 2009592 simple pivot. 5. Véhicule ferroviaire suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la caisse peut se déplacer verticalement et en roulis par rapport à la traverse, au moyen d'un disposi-5 tif élastique vertical installé entre la traverse et là caisse, et le pivotement de la caisse s'effectue par l'intermédiaire d' une barre de liaison reliée à ses deux extrémités, avec possibilité de pivotement, à la caisse du véhicule et à la traverse, et permettant ce déplacement vertical. 10 6. Véhicule ferroviaire suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le dispositif de liaison est une tringlerie qui commande le pivotement de la caisse autour d'un point de pivotement imaginaire. 7» Véhicule ferroviaire suivant l'une quelconque des re- •J5 vendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de commande précité comprend des vérins hydrauliques installés entre la traverse et la caisse du véhicule. 8. Véhicule ferroviaire suivant les revendications 5 et 7t caractérisé en ce que les vérins sont installés en série avec 20 le dispositif élastique vertical entre la caisse et la traverse. 9. Couple de véhicules ferroviaires suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les véhicules sont reliés par une poutre directrice articulée à ses extrémités aux caisses de ces deux véhicules, à une certaine 25 distance des extrémités des caisses, le dispositif de liaison de chaque caisse se trouvant entre la barre directrice et la traverse. 10. Couple de véhicule ferroviaires suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'un seul essieu monté est prévu sur 30 la poutre directrice précitée. 11. Couple de véhicules ferroviaires suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'on prévoit deux essieux montés sur la poutre directrice précitée et que ces essieux sont reliés à cette poutre par des traverses respectives, le dispositif 35 de commande d'inclinaison associé à chaque traverse agissant sur la caisse correspondante du couple de véhicules.