Brevet FR2012316A1 — publié le 19700320

i 2012316 La présente invention concerne une suspension montée entre les châssis des bogies, qui ont une faible résistance à la torsion, et les corps des boîtes à essieu comportant des rouleaux de véhicules ferroviaires. ,5 II est connu que la marche de véhicules ferroviaires peut être affectée par line marche dite "sinusoïdale" des bogies, pendant laquelle le bogie oscille transversalement à la direction de marche dans les limites du jeu déterminé par l'écartement des jantes des roues et l'écartement des rails. Ce déplacement 10 a surtout un effet nuisible lorsque la vitesse du véhicule est telle que la fréquence des oscillations sinusoïdales correspond à une fréquence propre- de la caisse du véhicule puisque ce dernier entre alors en résonance. Lorsque la longueur d'une oscillation sinusoïdale est 15 si grande que la fréquence des oscillations sinusoïdales d'un véhicule entre seulement en résonance avec la fréquence transversale de la caisse du véhicule à des vitesses comprises entre 160 et 200 km/h, la zone de résonance n'est pas atteinte car la vitesse maximale des trains ne dépasse actuellement pas 160 km/h. 20 Le mécanisme de roulement du véhicule est dans ce cas "sous-critique" . Les mécanismes de roulement "sous-critiques" ne conviennent pas très bien pour des vitesses élevées car la fréquence de la marche sinusoïdale peut s'approcher des fréquences propres du 25 véhicule aux vitesses de marche maxima. Dans la pratique, il n'est toutefois pas indiqué, et il serait même dangereux de passer par la zone de résonance, avec un mécanisme de roulement sous-critique parce que les accélérations dans le sens transversal lors du passage de la zone de résonance 350 à ces vitesses élevées, sont trop importantes pour le voyageur aussi bien que pour le véhicule. C'est pourquoi on utilise pour les vitesses élevées des véhicules comportant un mécanisme de roulement "sur-critique". La longueur d'une oscillation sinusoïdale d'un mécanisme de roulement sur-critique est beaucoup plus faible 35 que pour un mécanisme de roulement sous-critique. Cela signifie qu'à la même vitesse, la fréquence de la marche sinusoïdale du train de roues est plus élevée que pour un mécanisme de roulement sous-critique. La zone de résonance de tels véhicules se trouve 69 22865 2 2012316 généralement entre 60-90 km/h. Les accélérations de résonance du véhicule dans le sens transversal sont notablement plus faibles dans cette gamme de vitesses et les voyageurs de même, que le_. véhicule peuvent y être exposés sans trop d'inconvénient pendant 5 le passage, de courte durée, de la zone de résonance. La marche du véhicule est sur-critique pour les vitesses dépassant la zone de résonance. L'invention est basée sur la constatation qu'un bogie, comportant des éléments de suspension entre son châssis, 10 ayant une faible résistance à la torsion et la boîte d'essieu, peut être conçu pour une marche sous-critique du véhicule lorsque la suspension dans la direction longitudinale du véhicule est plus dure que la suspension dans la direction transversale,- la suspension dans le sens vertical étant très dure comparativement 15 aux véhicules ferroviaires classiques. On obtient un bogie pour une marche sur-critique du véhicule lorsque la suspension dans la direction, longitudinale du véhicule est plus souple que la sus pension dans le sens trans-versai. 20 On connaît des bogies qui ne comportent pas d'élé ments de liaison élastiques entre le châssis du bogie, ayant une faible résistance à la torsion, et la boîte d'essieu à rouleaux. Les inconvénients d'un tel bogie résident dans les importantes accélérations dans le sens vertical, longitudinal et 25 transversal, de même que dans un comportement défavorable du véhicule ferroviaire, pendant la marche. Dans un autre bogie connu, comportant également un châssis ayant une faible résistance à la torsion, on dispose entre son châssis et les boîtes d'essieu, des éléments de sus-30 pension ayant l'élasticité du caoutchouc qui entourent la boîte d'essieu à rouleaux, soit totalement, soit dans la moitié supérieure. Bien qu'une telle forme de réalisation assure un guidage élastique dans les trois directions nécessaires, les différences de dureté mentionnées ci-dessus dans les différentes directions 35 ne peuvent pas être obtenues. L'invention part d'un bogie comportant un châssis ayant une faible résistance à la torsion et une boîte d'essieu 69 22865 3 2012316 à rouleaux d'un véhicule ferroviaire entre lesquels est, disposée? une couche d'une matière ayant l'élasticité du caoutchouc qui est maintenue entre deux appuis dont l'un est relié au châssis du bogie et dont l'autre est relié au corps de la boîte d'essieu. 5 Selon une caractéristique essentielle de l'invention, chaque appui présente au moins deux faces d'appui qui se touchent, qui sont inclinées l'une par rapport à l'autre, associées par paires et disposées symétriquement par rapport à un plan vertical, qui sont sensiblement parallèles à l'une des deux directions hori-10 zontales et qui forment un angle positif ou négatif aigu avec l'autre direction horizontale, à l'exception d'une de ces faces au maximum. Par "les deux directions horizontales", il faut entendre les deux directions horizontales déterminantes pour la construction de ^véhicules ferroviaires, à savoir la direction 15 longitudinale et la direction transversale du véhicule. En raison de la conformation des faees d'appui selon l'invention, la suspension dans l'une des directions horizontales, celle qui est sensiblement parallèle aux faces d'appui, est plus souple que la suspension dans.1'autre direction horizontale, 20 celle avec laquelle les faces d'appui forment un angle aigu. La différence entre les deux constantes élastiques dans les différentes directions est essentiellement déterminée par la grandeur de l'angle aigu formé entre les faces d'appui et l'une des deux directions horizontales. 25 La section transversale des appuis est délimitée dans le cas le plus général par un contour polygonal dont chacun des cotés correspond à une face d'appui. En augmentant le nombre des cotés du contour polygonal tout en raccourcissant la longueur de chacun d'eux, on obtient à la limite tine courbe qui corres-2o Pon& à un appui ayant une face d'appui unique et courbe. Il ressort de ce qui précède que le résultat recherché peut également être obtenu lorsque chaque appui présente une face d'appui courbe qui est disposée symétriquement par rapport à un plan vertical, dont les plans tangentiels sont sensiblement 35 parallèles à l'une des deux directions horizontales et qui forment un angle positif ou négatif aigu avec l'autre direction horizontale, à l'exception d'un plan tangentiel au maximum. 69 22865 4 2012316 La différence entre les constantes élastiques dans-les deux directions horizontales est dans ce cas déterminée par la courbure de la face d'appui, c'est-à-dire par l'angle formé par les plans tangentiels et l'une des deux directions horizon-5 taies. Etant donné que le changement des angles formés par les faces d'appui ou les plans tangentiels et l'une des directions horizontales permet seulement d'agir sur la constante élastique dans cette direction, il s'est avéré avantageux de subdiviser au 10 moins l'une des faces d'appui ou l'un des plans tangentiels sensiblement parallèles à l'une des directions horizontales, en au moins deux faces ouplans secondaires inclinés l'un par rapport à l'autre; les angles d'inclinaison des faces ou des plans secondaires par rapport à cette direction horizontale sont dans ce cas 15 inférieurs aux angles d'inclinaison des faces d'appui ou des pLans tangentiels par rapport à l'autre direction horizontale. Il est cependant également possible de prévoir pour au moins l'une des faces sensiblement parallèles à l'une des direction horizontales, une face courbe, les angles d'inclinaison des plans tangen- . 20 tiels par rapport à cette direction horizontale étant dans ce cas inférieurs aux angles formés avec l'autre direction horizontale. On obtient ainsi que les constantes élastiques dans les deux directions peuvent être choisies librement par un choix correspondant des angles formés d'une part par les faces d'appui 25 ou les plans tangentiels avec l'une des directions horizontales et, d'autre part, par les faces ou les plans secondaires avec l'autre direction horizontale, les valeurs des constantes élastiques dans les deux directions étant toujours différentes. Dans une forme de réalisation particulièrement 30 avantageuse de l'objet de l'invention, dans laquelle les appuis présentent chacun deux faces d'appui, ces dernières sont disposées à la façon d'un toit en formant un angle d'environ 90°, le faîte-de ce toit étant parallèle à l'une des deux directions horizontales. Dans une autre forme de réalisation avantageuse de 35 l'objet de l'invention, comportant trois faces d'appui, la face médiane est parallèle aux deux directions horizontales, les deux autres faces d'appui sont inclinées par rapport à la face médiane sous un angle supérieur à 90°, et les jonctions des faces d'appui 69 22865 5 2012316 sont parallèles à l'une des deux directions horizontales. L'angle d'inclinaison des faces d'appui agit sur le rapport des constantes élastiques dans le sens horizontal et dans le sens vertical e£ cet angle est par conséquent choisi en fonction du poids du 5 véhicule. Un avantage particulier de l'objet de l'invention provient du fait que la suspension peut être utilisée aussi bien sur les bogies prévus pour une marche sous-critique d'un véhicule, que sur des bogies prévus pour une marche sur-critique d'un 10 véhicule. Lorsque les éléments de suspension selon l'invention sont disposés de sorte que la direction horizontale, qui est sensiblement parallèle aux faces d'appui ou aux plans tangentiels des appuis, corresponde à la direction transversale du véhicule, on obtient une marche sous-critique de celui-ci. Lorsque les 15 éléments de suspension sont, par contre, disposés de sorte que la direction horizontale qui est sensiblement parallèle aux faces d'appui ou aux plans tangentiels des appuis corresponde à la direction longitudinale du véhicule, on obtient une marche surcritique de celui-ci. Les éléments de suspension pour véhicules 20 ayant une marche sous-critique, et les éléments de suspension prévus pour des véhicules ayant une marche sur-critique peuvent par conséquent être conformés de manière à être interchangeables. Cela revient à dire que les mêmes châssis de bogies et les mêmes corps de boîtes d'essieu à rouleaux peuvent être utilisés aussi 25 bien pour des véhicules ayant une marche sous-critique, que pour des véhicules ayant une marche sur-critique. L'invention permet par conséquent la fabrication de bogies identiques pour toutes les gammes de vitesses. La liaison entre les éléments de suspension et le 30 châssis du bogie d'une part, et entre les éléments de suspension et le corps de la boîte d'essieu à rouleaux d'autre part, peut être réalisée de la manière la plus simple par des axes de centrage. Il est dans ce cas particulièrement avantageux de prévoir au moins un tenon sur le coté extérieur de chaque appui. 35 Les alésages recevant ces tenons sur le châssis du bogie ainsi que sur les corps de boîtes d'essieu peuvent être réalisés de manière simple et. économique, avec néanmoins suffisamment de 69 22865 6 2012316 précision dans les dimensions, de sorte qu'une position relative précise des trains de roues soit assurée. Les trains de roues peuvent être montés et démontés sans dispositifs d'ajustement particuliers et sans personnel qualifié, ce qui est un avantage 5 notable pour l'entretien des bogies. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre et des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue isométrique représentant 10 le principe d'un appui comportant deux faces d'appui; - la figure 2 est une vue isométrique d'un appui comportant trois faces d'appui; - la figure 3 est une vue isométrique d'un appui comportant quatre faces d'appui; 15 - la figure 4 est une vue isométrique représentant le principe d'un appui comportant une face-d'appui courbe unique; - la figure 5 est une vue isométrique d'un appui comportant trois faces d'appui, dont la face médiane est subdivisée en trois faces secondaires; 20 - la figure 6 est une coupe longitudinale des élé ments de montage de l'essieu d'un bogie prévu pour une marche sous-critique; - la figure J est une coupe suivant la ligne VII-VII de la figure 6; 25 - la figure 8 est une coupe longitudinale verticale des éléments de montage de l'essieu d'un bogie prévu pour une marche sur-critique d'un véhicule; - la figure 9 est une coupe selon la ligne IX-IX de la figure 8. 30 Les figures 1 à 5 illustrent schématiquement le principe de l'invention. Chaque figure comporte tin système de coordonnées comportant les axes X, Y et Z. Z désigne chaque fois la direction verticale, tandis que X et Y désignent les directions „ horizontales correspondant à l'axe longitudinal du véhicule ou 35 à son axe transversal, ou inversement. Les figures représentent chacune les faces d'appui d'un des deux appuis associés. 69 22865 7 2012316 L'appui suivant la forme de réalisation illustrée à la figure 1, comporte deux faces d'appui 1 et.2., disposées symétriquement par rapport au:: plan vertical passant par les axes Z et Y et parallèlement à la direction horizontale; chacune des 5 faces d'appui 1 et 2 forme un angle a avec la direction horizontale X. La forme de réalisation illustrée à la figure 2 comporte trois faces d'appui, La face médiane 4 est parallèle aux deux directions horizontales X et Y. Les deux faces d'appui 3 et 5 $0 disposées symétriquement par rapport au-plan Z, Y, sont parallèles à la direction horizontale Y et forment chacune un angle b avec la direction horizontale X. La figure 3 montre une forme de réalisation comportant quatre faces d'appui 6, 7, 8, 9 qui sont symétriques par 15 rapport au plan Z, Y et qui sont également parallèles à la direction horizontale Y. Chacune des faces d'appui 6 et 9 forme un angle ç avec la direction horizontale X. Chacune des faces d'appui 7 et 8 forme un angle d avec la direction horizontale X. La figure 4 montre une forme de réalisation compor-20 tant une face d'appui courbe, unique, 10 disposée symétriquement par rapport au plan vertical Z, Y. L'un des plans tangentiels 11 est représenté en traits mixtes. Ce plan, comme tous les autres plans tangentiels de cette face, est parallèle à la direction horizontale Y et forme un angle e avec la direction horizontale X 25 cet angle étant différent pour chaque paire de plans tangentiels. La figure 5 montre une forme de réalisation comportant trois faces d'appui 12, 13, 14 qui sont disposées de manière analogue à la forme de réalisation suivant la figure 2. La face d'appui médiane 13 est subdivisée en faces secondaires pour 30 l'ajustement de la constante:-élastique dans la direction horizontale Y. Chacune des deux faces secondaires extérieures 15 et 16 forment un angle g avec la direction horizontale Y, L'agencement est tel que l'angle aigu f formé par chacune des faces d'appui 12, 14 et la direction horizontale X, est supérieur à 35 l'angle aigu formé par chacune des faces secondaires 15, 16 et la direction horizontale X. Il ressort clairement des exemples de réalisation illustrés aux figures 1 à 5> qu'un élément de suspension constitué 69 22865 8 2012316 par des couches d'une matière ayant l'élasticité du_caoutchouc» disposées entre deux appuis dont les faces sont conformées comme indiqué aux figures, les constantes élastiques dans la direction verticale Z peuvent être rendues très grandes, tandis que les 5 constantes élastiques peuvent être maintenues plus faibles dans les directions horizontales X et Y, la suspension dans la direction horizontale X étant plus dure que la suspension dans la direction horizontale Y dans tous les exemples de réalisation représentés. On obtient par conséquent un bogie pour une marche sous-critique 10 d'un véhicule lorsque la direction horizontale X correspond à l'axe longitudinal du véhicule et lorsque la direction horizontale Y correspond au sens transversal du véhicule. On obtient, par contre, un bogie pour une marche sur-critique d'un véhicule lorsque la direction horizontale X correspond au sens transversal 15 du véhicule et lorsque la direction horizontale Y' correspond à l'axe longitudinal du véhicule. Les constantes élastiques peuvent être ajustées aux valeurs désirées par la variation des angles a à Les figures 6 à 9 illustrent deux exemples de réalisa-20 tion de l'objet de l'invention. Celui représenté aux figures 6 et 7 a été conçu pour des véhicules ayant une marche sous-critique. Les éléments de suspension selon l'invention sont dans ce cas montés entre le corps 21 de la boîte d'essieu à rouleau d'une part et le châssis 22 du bogie d'autre part. Ces éléments de sus-25 pension comprennent deux appuis 24 et 25 entre lesquels est disposée une couche 23 d'une matière ayant l'élasticité du caoutchouc. L'appui 24 présente trois faces d'appui 29 et l'appui 25 comporte également trois faces d'appui 27. Les deux faces d'appui extérieures forment chaque fois un angle d'environ 100° avec la 30 face médiane. Comme il s'agit d'un bogie pour une marche sous-critique d'un véhicule, les faces d'appui sont parallèles à la direction transversale du véhicule. On obtient par suite une suspension plus dure dans le sens de l'axe longitudinal du véhicule que dans le sens transversal 35 de celui-ci. L'appui inférieur 24 et l'appui supérieur 25 présentent chacun des tenons 28 prévus à l'extérieur et engagés dans les alésages ménagés à cet effet dans le châssis 22 du bogie, 69 22865 2012316 ainsi que dans le corps 21 de la boîte d'essieu. Des plaques 26 sont disposées en outre entre la couche 23 ayant l'élasticité du caoutchouc d'une part, et l'appui 25 d'autre part, afin d'augmenter la constante élastique dans le sens de la marche. 5 Dans la forme de réalisation illustrée aux figures 8 et 9, conçue pour un véhicule ayant une marche sur-critique, les éléments de suspension sont disposés entre le corps 31 de la boîte d'essieu et le châssis 32 du bogie. Ces éléments de suspension comprennent deux appuis 34 et 35 entre lesquels est .0 placée une couche 33 d'une matière ayant l'élasticité du caoutchouc. L'appui 34 présente deux faces d'appui 39 et l'appui 35 présente également deux faces d'appui 37• Chaque paire de faces d'appui est disposée en forme de toit, elles forment entre elles un angle d'environ 90° et elles sont parallèles à l'axe longitudinal du 5 véhicule puisqu'il s'agit d'un bogie prévu pour une marche surcritique d'un véhicule. On obtient par conséquent une suspension plus dure dans le sens transversal du véhicule que dans le sens longitudinal de celui-ci. La fixation des appuis sur le châssis du bogie ainsi que sur le corps de la boîte d'essieu est analogue !0 à celle de l'exemple de réalisation suivant les figures 6 et 7 pour véhicules ayant une marche sous-critique. Le côté extérièur des appuis 34-35 présente des tenons 38 engagés dans les alésages correspondants ménagés dans le châssis 32 du bogie, ainsi que dans le corps 31 de la boîte d'essieu. Par une conformation appropriée 15 des corps des boîtes d'essieu et par l'utilisation de couches intermédiaires correspondantes, on obtient par conséquent la possibilité d'interchanger les éléments de suspension de véhicules ayant une marche sous-critique et de véhicules ayant une marche sur-critique. i0 Une couche intermédiaire d'une épaisseur d'environ 30 mm suffit, pour les courses élastiques transversales et longitudinales nécessaires dans la pratique, pour diminuer les accélérations du train de roues dans le sens vertical à tel point que le châssis du bogie peut encore être construit de manière économique et avec >5 un poids réduit. La constante élastique dans le sens vertical est d'un ordre de grandeur tel, dans toutes les formes de réalisation, que la course élastique provoquée par les poids de la charge ainsi que par la charge dynamique devant être absorbés par les éléments de suspension est au maximum de 10 mm. 69 22865 10 2012316 REVENDICATIONS 1 - Suspension d'essieu mofttée entre un. châssis ayant une faible résistance à la torsion et une boîte d'essieu à rouleaux d'un véhicule ferroviaire entre lesquels est disposée une 5 couche d'une matière ayant l'élasticité du caoutchouc, qui est maintenue entre deux appuis dont l'un est relié au châssis du bogie et dont l'autre est relié au corps de la boîte d'essieu, caractérisée en ce que chaque appui présente au moins deux faces d'appui qui se touchent, qui sont inclinées l'une par rapport à 10 l'autre, associées par paires et disposées symétriquement par rapport à un plan vertical, qui sont sensiblement parallèles à l'une des deux directions horizontales et qui forment un angle positif ou négatif aigu avec l'autre direction horizontale, à l'exception d'une de ces faces au maximum. 15 2 - Suspension d'essieu selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque appui présente une face d'appui courbe qui est disposée symétriquement par rapport à un plan vertical, dont les plans tangentièls sont sensiblement parallèles à l'une des deux directions horizontales et qui forment un 20 angle positif ou négatif aigu avec l'autre direction horizontale, à l'exception d'un plan tangentiël au maximum. 3 - Suspension d'essieu selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'au moins l'une des faces d'appui ou l'un des plans, tangentiels sensiblement parallèles 25 à l'une des directions horizontales est subdivisé en au moins deux faces ou plans secondaires inclinés l'un par rapport à l'autre; les angles d'inclinaison des faces ou des plans secondaires par rapport à cette direction horizontale étant inférieurs aux angles d'inclinaison des faces d'appui ou des 30 plans tangentiels par rapport à l'autre direction horizontale. 4 - Suspension d'essieu selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins l'une des faces sensiblement parallèles à l'une des directions horizontales est une face courbe, les angles d'inclinaison des plans tangentiels par rapport à 35 cette direction horizontale étant inférieurs aux angles formés avec l'autre direction horizontale. 69 22865 ii 2012316 5 - Suspension d'essieu selon la revendication.. 1, comportant deux faces d'appui, caractérisée en ce que les faces d'appui sont disposées à la façon d'un toit en formant un angle d'environ 90°, le faîte de ce toit étant parallèle à l'une des 5 deux directions horizontales. 6 - Suspension d'essieu selon la revendication 1, comportant trois faces d'appui, caractérisée en ce que la face médiane est parallèle aux deux directions horizontales, les deux autres faces d'appui sont inclinées par rapport à la face 10 médiane sous un angle supérieur à 90°, et les jonctions des faces d'appui sont parallèles à l'une des deux directions horizontales. 7 - Suspension d'essieu selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les faces d'appui ou les 15 plans tangentiels des appuis sont sensiblement parallèles à l'axe transversal d'un véhicule ayant une marche sous-critique. 8 - Suspension d'essieu selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les faces d'appui ou les plans tangentiels des appuis sont sensiblement parallèles à 20 l'axe longitudinal d'un véhicule ayant une marche sur-critique. 9 - Suspension d'essieu selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que chacun des appuis présente au moins un tenon de fixation sur le coté extérieur.