Brevet FR2008413A1 — publié le 19700123

L'invention concerne les véhicules ferroviaires à quatre roues, par opposition aux véhicules du type à "pogies. L'invention a pour objet de réaliser pour des véhicules ferroviaires à quatre roues tin dispositif de suspension comportant 5 une combinaison d'organes capables de fournir les rigidités et les amortissements corrects sans frottements et sans jeux pour rendre le véhicule fiable en service, et qui possèdent de bonnes qualités de fonctionnement jusqu'aux grandes vitesses,la transmis sion des forces entre les paires de roues et le châssis du véhieu 10 le étant réduite au minimum, et le mouvement de galop du châssis et de 1'essieu monté étant supprimé. Suivant l'invention, un véhicule ferroviaire à quatre roues possède un châssis supporté par chaque paire de roues par l'inter médiaire d'un dispositif de suspension qui comprend un dispositif 15 classique vertical, un dispositif latéral de suspension assurant une faible rigidité dans les mouvements de lacet, un organe de suspension possédant une certaine résilience pour produire une ri gidité prédéterminée dans les mouvements de lacets et ■xê&ié Asans.j. aucun jéu à la paire de roues et au châssis, et des amortisseurs 20 disposés de façon à produire un amortissement vertical et latéral. Le dispositif élastique vertical peut être constitué par des ressorts en hélice qui peuvent être à plusieurs étages pour produire une fréquence naturelle faible de rebondissement dans un 25 large intervalle de variation de la charge utile. Il peut également être pourvu au moins en partie de ressorts cantilever. On peut également remplacer les ressorts en hélice par des ressorts en caoutchouc. La suspension latérale peut également comprendre des barres 30 oscillantes comportant en haut et en bas des dispositifs en lam* de couteau. Les amortisseurs peuvent être hydrauliques et compenser les variations de charge; autrement dit,leur degré d'amortissement peut augmenter avec la charge. 35 D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront mieux à la lecture de la description suivante, qui concerne deux exemples de véhicules conformes à l'invention et se réfàe aux dessins annexés sur lesquels : La figure 1 est un plan du dispositif monté sur une roue 40 d'une paire. 69 15467 2 2008413 la figure 2 est une vue latérale. Les figures 3 à 5 sont des coupes respectives par IÏI-III, IV-IV et V-V de la figure 2. La figure 6 est un plan du dispositif monté sur une roue d' 5 une foime modifiée de véhicule. La figure 7 est une vue latérale. Les figures 8 et 9 sont des coupes respectives par VIII-VIII et IX-IX de la figure 7. La figure 10 est une vue en bout. 10 les figures 11 et 12 sont des coupes respectives par XI-XI et XII-XII de la figure 7. Autant que possible, les éléments communs aux deux formes de véhicules représentées dans les figures portent les mêmes références. 15 Si'l'on se reporte d'abord aux figures 1 à 5> on voit une seule roue 1 d'une paire, le dispositif suivant l'invention étant en principe le même sur les autres roues. Les roues de chaque paire sont rigidement assemblées à un essieu tournant 2 (figure 3), qui est supporté à chaque extrémité par une boite d'essieu 20 3 à, palier à billes. Les éléments du châssis du véhicule qui sont représentés sur les figures sont indiqués dans leur ensemble par la référence 4, complétée par la lettre a, b, c ou d quand c'est nécessaire pour désigner un élément particulier du châssis. 25 sa face supérieure. Cette poutre 5 s'étend horizontalement dans le sens longitudinal du véhicule, et a une longueur su rieure au diamètre de la roue. Des éléments en lame de coutea supportés par des coussins 7 en caoutchouc à faible hystérésis (voir spécialement la figure 4) sont logés dans la poutre 5 à ses deux ex-30 trémités. * Des tiges 8 constituant des liaisons oscillantes sont suspendues aux éléments 6 par leurs extrémités supérieures 9 en forme de T et descendent, à travers des ouvertures des éléments * associés 6, dans les coussins 7 et la poutre 5. Les extrémités 9 des tiges 8 facilitent l'appui des éléments 6 sur la poutre 5 à, 35 travers les coussins 7 et permettent un déplacement longitudinal de l'essieu monté par rapport au châssis du véhicule, par oscillation sur leur surface inférieure arrondie.. Les lames de couteau proprement dites, qui sont ménagées sur les éléments 6 et font face vers le haut, permettent un roulis latéral et sans 40 frottement du châssis du véhicule par rapport à l'essieu monté. La boîte d'essieu 3 porte une poutre rigide 5 boulonnée sur 69 15467 s 2Ô08413 Les coussins en caoutchou 7 permettent une rotation angulaire des lames de couteau, pour permettre les mouvements de lacet partant de l'essieu 2. Les liaisons oscillantes constituées par les tiges 8 compor-5 tent à leurs extrémités inférieures des éléments en lame de couteau 10 coopérant avec des éléments de base 12 qui supportent les extrémités inférieures de groupes de ressorts hélicoïdaux dont chacun comprend des ressorts 13 et 14 (figure 4). Les tiges oscillantes 8 ont une longueur convenable pour produire un mouvement à 10 faible fréquence naturelle de la caisse par rapport aux essieux montés. L'ajustement de la ingueur se fait par des écrous 15 fixés aux extrémités inférieures des tiges oscillantes 8 et agissant sur les parties filetées de ces tiges pour permettre d'élever et d'abaissez* les éléments associes 10 et d'égaliser ainsi les 15 charges des roues. Les lames de couteau inférieures sont obligées de rester correctement alignées avec les lames de coutaau supérieures, par engagement de parties carrées des tiges 8 dans les pièces 10. Comme on l'a déjà indiqué, chaque groupe de ressorts hélicoï-20 daux comprend des ressorts 13 et 14 supportés à leurs extrémités inférieures par une pièce de base 12. Les ressorts 13 et 14 sont coaxiaux, et le ressort 13 entoure le ressort intérieur 14 qui est plus court. A son extrémité supérieure, le ressort 13 bute con»-tre la face inférieure d'une console 16. Une douille 17 qui des-25 cend depuis cette console 16 est contenue à l'intérieur du ressort intérieur 14 et le guide en direction du contact avec la face inférieure de la console 16. Cette console 16 transmet la charge du sommet des resoorts 13 et 14 au châssis du véhicule par l'intermédiaire d'un élément 4a du châssis. Grâce à cette disposition des 30 ressorts 13 et 14, le ressort intérieur 14 commence à agir à partir d'une certaine charge partielle. Il existe une place suffisante à l'intérieur des groupes de ressorts hélicoïdaux pour permettre les mouvements latéraux nécessaires entre les barres oscillantes 8 et les groupes de ressorts, et toute déflex^Lon latéra-35 le des ressorts 13 et 14 augmente la flexibilité latérale de ce dispositif. Une liaison élastique constituée par une barre de traction 17 est fixée par une extrémité du couvercle 18 de chaque boîte d'essieu, et s'étend, dans le sens longitudinal du véhicule, vers 40 l'axe central transversal du véhicule. A son autre extrémité, la 69 15467 4 2008413 "barre de traction 17 est fixée à une console 19 qui descend à partir du châssis du véhicule. La barre de traction 17 est reliée par une articulation à rotule au couvercle 18 de la boîte d'essieu, et cette articulation comprend une pièce partiellement 5 sphérique 20 en caoutchouc collée à un siège sphérique 21 relié à la barre de traction, et une rotule 22 reliée au couvercle 18. La pièce 20 a une faible rigidité du point de vue de la torsion et de la conieité et une forte rigidité radiale, et elle est en un caoulctouc à faible hystérésis pour réduire l'influence 10 du raidissement à faible amplitude. La barre de traction se termine, à son articulation sur la console 19, par un ressort différentiel 23 en caoutchouc. Par l'intermédiaire du caoutchouc de ce ressort, la barre de traction 17 transmet son effort à la console 19, et par suite au châssis du véhicule. Le ressort 23 15 est en un caoutchouc à faible hystérésis, le degré nécessaire de rigidité radiale, et une faible rigidité conique. Par suite de la faible rigidité conique de ses extrémités, la barre de traction 17 gène peu les déplacements latéraux du châssis par rapport à l'essieu monté. 20 Entre chaque boîte d'essieu 2 et un élément 4b du châssis du véhicule, on prévoit deux amortisseurs hydrauliques 24 et 25» du type "conscient de la charge", par exemple des amortisseurs conformes au brevet britannique 1 125 104. Les amortisseurs 24 et 25 soht situés dans des plans verticaux transversaux du vé-25 hicule et sont inclinés sur la verticale et l'horizontale, pour produire un amortissement aussi bien latéral que vertical. Comme ils sont "conscients de la charge", cet amortissement augmente avec la charge utile. Les amortisseurs 24 et 25 sont disposés de façon telle que les mouvements de roulis autour des 30 axes supérieur ou inférieur de balancement sont convenablement amortis. En disposant les amortisseurs par paires sur chaque boîte d'essieu, on accroit la protection contre les incidents de fonctionnement. A leurs extrémités supérieures, les amortisseurs 24 et 25 35 sont fixés à des consoles 26 et 27 descendant depuis l'élément 4b du châssis. A leurs extrémités inférieures, les amortisseurs 24 et 25 sont reliés à une console 28 fixée au fond de la boîte d'essieu. Les extrémités des amortisseurs 24 et 25 portent des manchons sphériques en caoutchouc ayant une rigidité axiale ap-40 propriée et une faible rigidité en conicité. 69 15467 5 2008413 L'ensemble de train de roues et de la suspension décrit ci-dessus est destiné à être installé sous un châssis de wagon ordinaire et à permettre 1'emploi de freins à disques montés sur roues, avec les tringleries associées. Des éléments 4c et 4d 5 sont des éléments raidisseurs supplémentaires ajoutés au châssis normal d'un véhicule à quatre roues. On peut compenser l'usure des roues en enlevant des cales appropriées situées entre la boîte d'essieu 3 et la console inférieure 28 du support d'amortisseur, et en les plaçant entre la 10 hoîte d'essieu 3 et la poutre supérieure 5. Le mouvement longitudinal de la suspension est limité par le jeu situé entre les extrémités de la poutre 5 et les surfaces voisines des consoles 1b. On peut prévoir une butée amortisseuse verticale 29 entre la poutre 5 et le châssis du véhicule. On 15 peut également fixer une butée latérale 30 sur un prolongement 31 entre les consoles 26 et 27 pour arrêter la poutre 5 après un certain déplacement latéral. Si l'on se reporte maintenant aux figures 6 à 12 on voit que, dans la variante représentée, les roues 1 de chaque paire 20 sont encore rigidement assemblées à un essieu tournant 2 (figure 8) supporté à chaque extrémité par une boîte d'essieu 3 à palier à billes. Des ressorts cantilever constitués par des ressorts en lame 40 à amincissement progressif partent par paires de chaque 25 côté des boîtes d'essieu 3, à, peu près horizontalement, et longi-tudinalement par rapport au véhicule. Les ressorts en lame sont fixés sur leur boîte d'essieu 3 par une pièce 41 boulonnée sur la boîte d'essieu 3. La pièce 41 se prolonge vers le haut par un crochet 42 (figure 8) pour former un butoir qui coopère avec 30 un butoir correspondant 43 porté par un élément 4e du châssis du véhicule, afin de limiter le déplacement vertical ascendant de la caisse. Une plaque 44 portée par la pièce 41 (xigure 8) forme un butoir qui coopère avec une pièce 45 en forme d'U (figure 6) fixée à la caisse du véhicule pour limiter les déplace-35 ments de cette caisse transversalement à l'essieu monté. Chaque paire de ressorts 40 porte à son autre extrémité des pièces en lame de couteau 6 et 7 perpendiculaires entre eles (voir en particulier figure 9). Des tiges oscillantes 8 sont suspendues aux pièces 6 et 7 et descendent à travers des ouver-40 i;u;res dans ces pièces et dans les ressorts 40. L'arrondi de la 69 15467 6 2008413 lame de couteau et de la cavité correspondante de l'extrémité supérieure de chaque tige oscillante (figure 9) permet à l'essieu monté de se déplacer longitudinalement par rapport à la caisse du véhicule. 5 A son extrémité inférieure, chaque tige oscillante 8 porte line pièce en lame de couteau 10 dont le borà en lame de couteau coopère avec une pièce 12 supportant le* extrémités inférieures de pièces en caoutchouc 48 qui supportent elles-mêmes des plaques 47 à leur extrémité supérieure et qui ont pour "but de per-10 mettre une légère inclinaison et une rotation horizontale de la tige oscillante sous l'effet des mouvements de l'essieu dans le plan horizontal. Chaque plaque 47 supporte un ressrrt 48, qui est ainsi en série sur les pièces en caoutchouc 46. L'extrémité supérieure de chaque ressort 48 supporte une plate-forme 49 si-15 tuée à l'extrémité inférieure d'une console 50 qui descend depuis la caisse du véhicule. Une douille 51 descend depuis la plate-forme 49 pour guider le ressort 48, et sert également de butée pour rendre le ressort 48 inactif après une certaine compression prédéterminée. De cette façon, les ressorts 40 et 20 48 assurent l'élasticité verticale de la suspension de la caisse du véhicule. A charge faible, les ressorts 48 et les ressorts 40 sont en fonction. A une certaine charge partielle, les ressorts 48 sont rendus inactifs par la douille 51 venant en prise avec la plate-forme 47, qui est alors en contact avec la 25 pièce 12, et ces ressorts restent inactifs pour les charges plus fortes. De même que dans le véhicule décrit en premier lieu, une liaison élastique constituée par une barre de traction 17 est fixée sur chaque/boite d'essieu. Cette fixation est assurée par 30 des pattes 52 portées par la boîte d'essieu 3. La barre de traction 17 est reliée à ces pattes par une articulation à rotule (figure 12}. A son autre «etrémité, la barre de traction 17 porte une série de disques en caoutchouc 53 de part et d'autre d'une plaque 54 fixée à la caisse du véhicule par une piè-35 ce 55 et la console 50. Les disques 53 sont comprimés entre des plaques d'extrémité 56, et l'on peut régler cette compression à i'aide d'un écrou 57. Des pièces cylindriques 58, coaxiales à la barre 17 et fixées sur la plaque 54 s'étendent jusqu'à une distance prédéterminée des plaques d'extrémité 56, pour don— 40 lier un jeu longitudinal contre les coups de"raquette. 69 15467 7 2008413 les deux amortisseurs hydrauliques 24 et 25 sont installes entre chaque boîte d'essieu 3 et le châssis 4; chacun d'eux est contenu dans un plan transversal par rapport au véhicule et est incliné sur la verticale et latéralement. Sur les figures, les 5 deux amortisseurs d'une boîte d'essieu ont la mêiae inclinaison, et tous deux sont inclinés vers l'extérieur à partir de la boite d'essieu. Dans une variante, un amortisseur peut être incliné vers l'extérieur et l'autre vers l'intérieur, ou bien tous les deux peuvent être inclinés vers l'intérieur. 69 15467 8 2008413 REV EKJIU A TI ON S 1 - Véhicule ferroviaire à quatre roues, caractérisé en ce que la caisse du véhicule est supportée par chaque paire de roues par l'intermédiaire d'une suspension qui comprend ï un 5 dispositif élastique vertical, un dispositif de suspension latérale ayant une faible rigidité dans le sens latéral, un dispositif de suspension contre les mouvements de lacet possédant une certaine résilience pour"donner une rigidité prédéterminée dans les mouvements de lacet et relié à l'essieu monté et à la caisse 10 sans frottement ni jeu, et des dispositifs anprtisseurs produisant tin amortissement visqueux des mouvements verticaux, latéraux et de roulis. 2 - Véhicule ferroviaire suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif élastique vertical comprend des 15 groupes de ressorts hélicoïdaux et que chaque groupe de ressorts comprend deux ressorts concentriques disposés de façon qu'un seul agisse entre une charge partielle et la pleine charge. 3 - Véhicule ferroviaire suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif élastique vertical est constitué 20 au moins en partie par des ressorts cantilever. 4 - Véhicule ferroviaire suivant les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le dispositif élastique vertical comprend en combinaison les ressorts cantilever et les ressorts hélicoïdaux précités, les ressorts hélicoïdaux étant inactifs 25 entre une certaine charge partielle prédéterminée et la pleine charge du fait que des butoirs portés respectivement £ar la caisse et par l'essieu monté forment des liaisons rigides agissant en parallèle avec les ressorts hélicoïdaux. 5 - Véhicule ferroviaire suivant l'une quelconque des reven-30 dications 1 à 4, caractérisé en ce que la suspension latérale comprend des liaisons oscillantes avec supports en lame de couteau à ses extçémit^s supérieure et inférieure. 6 - Véhicule ferroviaire suivant la revendication 5» caracè térisé en ce que les supports montés à une extrémité des liai- 35 sons oscillantes comprennent des coussins résilients permettant un mouvement relatif de rotation entre la caisse et l'essieu monté sans interaction gênante appréciable des supports en lame de couteau de ces liaisons oscillantes. 7 - Véhicule ferroviaire suivant la revendications 5 ou 6, 40 caractérisé en ce qu'un support en lame de couteau situé à au 69 15467 9 2008413 moins une extrémité de chaque liaison oscillante porte une arête arrondie en lame de couteau pour permettre un mouvement oscillant de la liaison oscillante, dans le sens longitudinal du véhicule. 8 - Véhicule ferroviaire suivant la revendication 1, carac-5 térisé en ce que le dispositif élastique vertical comprend des ressorts hélicoïdaux et le dispositif de suspension latérale comprend des liaisons oscillantes traversant axialement les ressorts hélicoïdaux, un support en lame de couteau situé à l'extitémité supérieure de chaque liaison oscillante étant supporté par l'es-sieu monté par l'intermédiaire d'un coussin en caoutchouc et un support en lame de couteau situé à l'extrémité inférieure de la liaison oscillante supportant l'extrémité inférieure des ressorts hélicoïdaux qui butent à leur extrémité supérieure contre la caisse du véhicule, au moins les supports en lame de couteau 15 situés aux extrémités supérieures des liaisons oscillantes permettant par 1'arrondi des arêtes en lame de couteau un mouvement oscillant des liaisons oscillantes, dans le sens longitudinal du véhicule. 9 - Véhicule ferroviaire suivant la revendication 1, carac-térisé en ce que le dispositif élastique vertical comprend plusieurs ressorts cantilever et le dispositif de suspension latérale comprend des liaisons oscillantes, chaque ressort cantilever étant fixé par une extrémité à l'essieu monté correspondant et supportant une liaison oscillante à son autre extrémité par ^5 l'intermédiaire d'un support en lame de couteau, la liaison oscillante comportant à son extrémité inférieure un support en lame de couteau qui supporte la caisse du véhicule par l'intermédiaire d'un coussin résilient et d'un ressort hélicoïdal montés en série, ou bien d'un organe élastique en caoutchouc. 30 10 - Véhicule ferroviaire suivant l'une quelconque des re vendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de suspension contre les mouvements de lacet comprend deux barres de traction associées à chaque paire de roues, disposées longitudinale!]!ent par rapport au véhicule entre leurs articula-35 tions avec la paire de roues et la caisse du véhicule, et disposées symétriquement par rapport à l'axe longitudinal du véhicule, une articulation de chaque barre de traction étant réalisée par un organe élastique en caoutchouc à faïoie rigidité conique et à rigidité axiale relativement forte, et l'autre ar-40 ticulation étant une articulation à rotule qui permet un mou- 69 15467 10 2008413 veiaent universel. 11 - Véhicule ferroviaire suivant la revendication 10, caractérisé en ce que l'articulation à rotule précitée comprend une pièce sphérique à faible rigidité conique et à rigidité ra- 5 diale relativement forte, qui est collée aux parties sphériques continues de ladite articulation. 12 - Véhicule ferroviaire suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les amortisseurs sont du type hydraulique à piston et cylindre, dont chacun est 10 installé dans un plan transversal du véhicule, et est incliné sur la verticale et sur l'horizontale.