Brevet FR2106488A1 — publié le 19720505

Les gros engins tous terrains,dont la charge utile est de l'ordre d'une centaine de tonnes se heurtent à des difficultés qui n'existent pas avec les tracteurs ou camions routiers dont la charge utile est plus faible. La suspension des engins capables 5 de transporter des charges de cette importance tout en les stabilisant sur un terrain très accidenté est étudiée de façon que sa capacité d'absorption de l'énergie varie avec la charge et augmente avec elle. Dans une suspension connue, on utilise des amortisseurs 10 constitués par des cylindres téleseopiques contenant des éléments élastomères, qui sont généralement des galettes de caoutchouc et qui se compriment élastiquement en absorbant les affaissements de l'essieu ou du châssis sous l'effet de la charge. Bien que ces galettes soient des éléments séparés, le mouvement télescopique des 15 cylindres les comprime comme si elles constituaient une colonne pleine. Ces galettes sont par exemple annulaires et, lorsqu'elles sont empilées, elles forment une colonne creuse dans laquelle passe une tige de guidage Cette tige peut coulisser dans une extrémité du cylindre et maintient la colonne de galettes verticales. Au re-20 bondissement, une butée solidaire de la partie extérieure de la tige vient toucher l'extrémité du cylindre, de façon à limiter la course. La capacité d'absorption élastique de l'énergie de ces cylindres amortisseurs est variable. Les galettes résistent de plus 25 en plus à l'écrasement de ces cylindres quand la charge augmente, en fonction des propriétés élastomères du caoutchouc, et du nombre et de la forme de ces galettes. La colonne absorbe l'énergie par déformation élastique lorsqu'elle est comprimée entre les extrémités des deux élément^tubulaires du cylindre. Mais elle n'empêche 30 absolument pas ces éléments de s'écarter, pendant le rebondissement. Ceux-ci s'immobilisent brutalement lorsque l'extrémité de l'un d'eux bute contre l'extrémité de la tige en limitant la course, que toute l'énergie de rebondissement ait ou non été absorbée. Cet effet est le contraire d'un effet d'absorption du choc, ce qui 35 transmet généralement une secousse au châssis. Par conséquent, un « inconvénient inhérent aux cylindres téleseopiques élastiques réside dans leur impossibilité d'amortir les coups de raquette. Dans le montage conforme à la présente invention, une suspension applique une partie du poids de la masse suspendue du vé-40 hicule sur deux cylindres téleseopiques équipés chacun d'un piston 71 32254 2 2106488 et de sa tige.. Le cylindre peut être relié au châssis, et la tige à un élément non suspendu du véhicule, un essieu par exemple. Les cylindres coulissent l'un par rapport à l'autre sous l'effet du déplacement vertical relatif des essieux, en tendant à équilibrer 5 et à répartir régulièrement le poids de la masse suspendue. Chacun d'eux est rempli presque complètement d'une colonne élastomère ménageant à leur intérieur un espace suffisant pour pouvoir se déformer élastiquement. Le piston se trouve à une certaine distance d'une extrémité du cylindre . Il peut coulisser sur sa tige de 10 façon que dans un sens toute la colonne se déforme entre les extrémités de ce cylindre, tandis que dans l'autre sens, il soit entraîné avec sa tige en comprimant la partie de la colonne qui se trouve entre lui et la première extrémité du cylindre. Ces cylindres constituent par conséquent des amortisseurs de choc dans 15 les deux sens. L^iston se déplace par rapport à sa tige comme s'il faisait partie de la colonne pour soutenir la masse suspendue du véhicule, ce qui permet d'utiliser toute cette colonne de façon à lui donner la capacité maximum d'absorption de l'énergie pour 20 amortir les forts affaissements en charge. Dans le sens opposé,où le châssis rebondit en s'écartant de l'essieu, ce piston est entraîné avec sa tige et comprime seulement une partie de la colonne en ralentissant le mouvement de rebondissement. Dans la forme de réalisation préférée, la colonne est cons-25 tituée d'un empilage de galettes élastiques ménageant un passage central dans lequel la tige du piston se déplace. Ces galettes peuvent avoir des formes diverses et être par exemple toriques, plates et annulaires, circulaires ou même rectangulaires. Elles peuvent se composer d'une plaquette métallique de renforcement 30 sur chaque côté de laquelle un revêtement épais de caoutchouc est vulcanisé. Le volume de tout ce caoutchouc, ses propriétés élastomères et sa forme en coupe déterminent la capacité totale d'absorption élastique de l'énergie. Le piston est aussi de préférence une galette de caoutchouc, ce qui le fait participer à la capacité 35 d'absorption d'énergie de toute la colonne. Dans ce cas, sa plaquette de raidissement est modifiée de façon à coopérer avec la tige pendant le rebondissement, de manière à être entraînée avec cette tige et à comprimer un groupe d'autres galettes entre le piston et le cylindre. 40 Ce montage donne un cylindre amortisseur dont le coeffi 71 32254 3 2106488 cient d'absorption de l'énergie est variable et augmente avec l'importance des fléchissements dan^des deux sens, à partir d'une position neutre. La principale caractéristique de l'invention réside dans le fait que les cylindres sont destinés à être utilisés dans 5 la suspension des engins tous terrains à service intensif et que leur capacité d'absorption d'énergie est variable, aussi bien lorsqu'ils se compriment que lorsqu'ils s'allongent. Conformément à cette caractéristique, dans une suspension du genre décrit, une partie des galettes joue deux rôles. Elle co-10 opère avec toutes les galettes de support de la charge pour soutenir la masse suspendue du véhicule. Elle absorbe aussi les chocs au rebondissement. Le cylindre amortit donc les chocs dans les deux sens en adoucissant la marche du véhicule sans limiter sa charge utile. 15 Selon une autre caractéristique de l'invention, les élé ments qui absorbent l'énergie sont un empilage de galettes de caoutchouc et le mécanisme de la suspension comporte un piston et sa tige qui fonctionnent en créant cet amortissement dans les deux sens sans qu'on ait à augmenter le nombrçôe ces galettes pour ob-20 tenir la capacité voulue d'absorption des chocs. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, une forme de réalisation conforme à l'invention. 25 Sur ces dessins, la figure 1 est une élévation de la suspension des roues avant d'un engin à benne basculante; la figure 1a en est une vue de face; la figure 2 représente la suspension avant droite , et 30 montre la roue, le bras porteur, le montage du cylindre télesco-pique et les position^elatives de compression statique de ce cylindre sous des charges différentes* la figure 3 est une vue latérale du cylindre démonté; la figure 4 en est une coupe longitudinale; 35 la figure 5 en est une vue par-dessous; et la figure 6 est un graphique représentant une courbe-type de déformation du cylindre sous l'effort, à la compression et au rebondissement. L'engin tous terrains 10 représenté sur les figures 1 40 et 1A porte une benne basculante 12 qui est manoeuvrée par des vé 71 32254 » 2106488 rins 13 montés des deux côtés de cet engin. Le conducteur se tient dans une cabine 14 située au-dessus des roues avant 15, à suspension indépendante 16. Ces suspensions sont les mêmes, sauf que l'une est pour le côté gauche et l'autre pour le côté droit. Elles 5 comportent chacune un bras porteur 18, articulé en 19 sur le châssis 20, ei^évant des roues. Celles-ci sont montées sor~d.es demi-essieux 21 solidaires des bras 18. Deux cylindres téleseopiques 22 sont montés entre ces bras et le châssis. Ainsi qu'on l'a représenté sur la figure 2, l'extrémité inférieure de chacun d'eux est 10 articulée dans un bossage 24 du demi-essieu^, situé à peu près au milieu de celui-ci. Ces cylindres sont inolinés de bas en haut vers l'intérieur et leur extrémité supérieure est articulée dans un bossage 26 du châssis. Chacune des suspensions 16 est destinée à porter une partie de la masse suspendue du véhicule. Sur la fl-15 gure 2, on a représenté les cylindres comprimés sous l'effet d'une charge statique équivalente au poids total en charge ( G V V) du véhicule, dont la partie supportée par chaque suspension avant représente environ 16 tonnes. On a représenté les positions NL en l'absence de charge (bandage des cylindres seulement) et NVW sous 20 le poids à vide du véhieule, qui sont respectivement d'environ 3400 et 6800 kg, par des points situés plus bas, montrant que les oy-lindres sont comprimés de plusieurs centimètres (environ 7,5 cm à partir du point NL) lorsqu'ils supportent uniquement le poids à vide du véhicule et sont comprimés de plusieurs autres centimètres 25 (7, ^environ) sous le poids total en charge, soit une compression totale d'environ 15 cm. On se reportera maintenant aux figures 3, 4 et 5, Chacun des cylindres 22 comporte une enveloppe tubulaire extérieure 28 et une cage tubulaire intérieure 30, qui coulisse dans l'extré-30 mité ouverte de cette enveloppe. Un épaulement circonférentiel 34 d'un collier 32 est logé dans l'extrémité inférieure de cette dernière et une gorge circonférentielle intérieure 35 contient un Joint 38 qui frotte sur la cage 30. Une pièce de retenue circonférentielle 40- , fixée à l'extrémité supérieure de cette cage,porte 25 un joint torique 42 en contact hermétique avec la surface intérieure de l'enveloppe. Un coussinet de guidage 43, qui se déplace avec cette dernière, coopère avec un coussinet 44 solidaire de la cage. Une entretoise annulaire 45, disposée dans l'espace annulaire compris entre le collier 32 et la pièce 40, limite la longueur 40 à laquelle la cage peut sortir de l'enveloppe. Des boulons j6, 71 32254 5 2106488 passant dans des pattes 77 de cette enveloppe, maintiennent le collier 32 contre 1'entretoise 45 en donnant au cylindre un bandage d'environ 3 400 kg. La patte 46 qui relie le haut du cylindre au bossage 26 du 5 châssis, et la patte 48 reliant le bas de ce cylindre au bras porteur 18 contiennent des paliers sphériques 47 et 49 respectivement, qui permettent à ces extrémités de pivoter légèrement pour compenser les défauts d'alignement latéraux ou longitudinaux. La patte 46 porte une tige de guidage 50, qui pénètre axla-10 lement dans l'enveloppe 28, et la patte 48 comporte une base circulaire 52, d'où la tige 53 d'un piston part axialement vers l'intérieur de la cage 30. Cette tige traverse une ouverture centrale 55 de la paroi d'extrémité 56 de cette cage et comporte de l'autre côté une partie rétrécie 75 sur laquelle un piston 54 peut coulis-15 ser dans un sens. Un écrou 56 et une rondelle 57 montés sur l'extrémité de cette tige empêchent ce piston de se déplacer dans l'autre sens , d'une manière que l'on décrira plus loin. Des galettes élastomères 61 sont empilées entre les extrémités du cylindre. Elles comportent au milieu une plaquette métal-20 lique annulaire 62, sur les deux faces de laquelle un revêtement annulaire 63 relativement épais de caoutchouc, à bords chanfreinés est vulcanisé. Elles constituent, d'une extrémité à l'autre du cylindre, une colonne creuse 65 d'absorption de l'énergie. A hauteur des plaquettes 62, le diamètre intérieur de cette colonne est 25 légèrement supérieur au diamètre des tiges 53 et 50, et son diamètre extérieur est légèrement inférieur à l'alésage de la cage 30. Les galettes ne sont pas solidaires, et la tige 50 maintient en alignement celles qui ne se trouvent pas dans la cage. Il est important de mentionner qu^ie piston 54 porte de chaque côté un re-30 vêtement de caoutchouc 63a. Il fait donc partie de la colonne 65 ainsi qu'on l'expliquera plus loin. On sait que les engins doivent souvent circuler sur des terrains très accidentés en portant des charges très lourdes. Quand les suspensions 16 oscillent, les cylindres 22 doivent absorber 35 la plus grande partie des différences de niveau, qui,sinon, seraient transmises au châssis. A un moment donné, ils peuvent être forte-men^éomprimés, et à un instant suivant ils s'allongent soudainement, lorsque la suspension rebondit en s'écartant du châssis. Les cylindres amortisseurs à galettes élastiques connus ne fonctionnent 40 de façon satisfaisante que pour absorber les forces de compression 71 32254 6 2106488 qui se manifestent lorsque les roues se rapprochent du châssis, et ils n'absorbent pas les coups de raquette. Mais les cylindres selon l'invention sont conçus de manière à rendre les galettes d'amortissement efficaces dans les deux sens. Et, ce qui est encore plus 5 important, on obtient ce résultat sans rien perdre de la capacité totale d'absorption d'énergie des cylindres sous l'effet de la charge. On a représenté sur la figure 6 une courbe de l^écrasement d'un cylindre sous la charge. On a porté en ordonnées la charge 10 en tonnes, et en abscisses , la compression en centimètres. Au point où la courbe coupe l'axe des y, cette compression correspond à la position occupée en l'absence de charge, représentée sur la figure 2, le bandage du cylindre étant de 3 400 kg. Quand les cylindres sont montés dans la suspension,leur oharge statique passe 15 à environ 6800 kg, comprenant la partie du poids du véhicule qu'ils supportent alors . Cette charge les comprime d'environ 7>5 cm, ainsi qu'on l'a représenté sur la figure 6. Sous le poids total en charge (GVW) d'environ 16 tonnes, le fléchissement est d'environ 15 cm. C'est l'état de la suspension représentée sur la figure 20 2. La charge maximale de plus de 45 tonnes, entraînant le fléchissement de plus de 23 cm indiqué par la ligne 3G de la figure 6, ne se présente pas en service normal et correspond à un cas extrême. La charge d'environ 32 tonnes, correspondant au fléchissement de plus de 20 cm indiqué en 2G est particulièrement élevée et n'est 25 normalement pas dépassée. On comprendra que le coefficient d'élasticité est fonction des propriétés élastomères du caoutchouc utilisé, du volume et de la forme des revêtements 63 et du nombre des galettes 61• La capacité d'absorption de l'énergie présentée par les cylindres 30 varie comme le montre la forme exponentielle de la courbe de la figure 6. L'aire située au-dessous de cette courbe représente la capacité totale d'absorption des cylindres quand leur cage pénètre dans leur enveloppe en comprimant toute la pile de galettes. Cette capacité est utilisable pour amortir les forts fléchissements 35 créés par le poids de la masse suspendue. Il est important de remarquer que le piston 54 peut se déplacer axialement dans un sens sur sa tige 53, sur une longueur limitée, c 'est-à-dire de façon à permettre à toute la colonne 65 de se raccourcir. De plus, ce piston est un élément actif de cette colonne, puisqu'il porte de 40 chaque côté un revêtement de caoutchouc 63a qui le rend équivalent 71 32254 2106488 7 à une galette 61 « Il contribue donc à la capacité d'absorption de l'énergie, et il suffit par conséquent d'un nombre de galettes plus faible pour donner à cette capacité la valeur voulue. Lorsque les engins transportent des charges lourdes sur 5 un terrain accidenté, leurs suspensions doivent souvent absorber des forces de rebondissement qui sont assez intenses pour étirer les cylindres au-delà de la limite admissible . Les deux éléments de ce cylindre sont écartés violemment jusqu'au moment où une butée des cylindres connus décrits plus haut les arrête en produisant 10 un ohoc brutal qui est transmis au châssis. On supposera qu^Le mouvement vertical qui écarte les roues du châssis a allongé les cylindres selon l'invention à la longueur maximum que permettent 1'entretoise 45 et le collier 32. Contrairement à ce qui se passe avec les cylindres connus, si à ce 15 moment l'énergie de rebondissement n'a pas été complètement absorbée la patte inférieure 48 continue à se déplacer en entraînant la tige 53, laquelle tire le piston 54. L'écrou 56 et sa rondelle 57 empêchent alors ce piston de se déplacer sur cette tige et par conséquent une partie des galettes est comprimée entre lui et la 20 paroi d'extrémité de la cage 30. Le surplus de l'énergie de rebondissement est absorbé par ces galettes, qui constituent une colonne 65 '. On se reportera de nouveau à la figure 6, et plus particulièrement aux valeurs négatives de la charge et de la compres-25 sion. Au début du rebondissement où la courbe en tireté coupe l'axe des y, la colonne 65' subit une compression d'environ 3 400 kg avant que la tige 53 commence à se déplacer. C'est le bandage que la colonne subit lorsque le sens de déplacement du cylindre s'inverse, mais cette compression est supprimée en grande partie sur 30 les galettes qui se trouvent au-dessus du piston, lorsque la longueur du déplacement de ce dernier atteint environ 4 cm. La charge appliquée aux galettes de rebondissement est d'environ 6 800 kg lorsque oette tige s'est déplacée d'environ 1,5 cm, sous un effort de 9 080 kg, ce déplacement est d'environ 2,5 cm, et il atteint 35 environ 4 cm sous une charge de 13 600 kg environ. Ainsi qu'on peut le constater en comparant l'aire située au-dessous de la courbe en tireté de rebondissement, correspondant à la colonne 65', à celle qui correspond à la colonne 65 (au-des-sous de la courbe en traits pleins), la capacité d'absorption de 40 l'énergie de rebondissement par cette colonne 65' est sensiblement 71 32254 8 2106488 inférieure à celle de la colonne 65, ce qui met en évidence le fait que la plus grande partie de cette capacité est utilisée pour soutenir la masse suspendue du véhicule. Puisque le piston 54 peut coulisser sur sa tige, toutes les galettes de la colonne 65, y 5 compris celles qui constituent la colonne 65', sont comprimées lorsque l'élément 30 s'enfonce dans l'élément 28. La capacité d'absorption des galettes de rebondissement contribue par conséquent à donner la capacité d'absorption totale de la colonne 65. Dans la forme de réalisation préférée, le rapport du 10 nombre de galettes de la colonne 65' au nombre total de celles de la colonne 65 est de l'ordre de 1/4, c'est-à-dire que, s'il y a au total 24 galettes (non compris les garnitures 63a du piston, ni celles 63b des extrémités du cylindre), il y en a, au-dessous de ce piston, six qui constituent les galettes de la colonne 65', Il 15 est important de comprendre que le piston contribue à la capacité d'absorption de l'énergie de la colonne 65, à la fois parce qu'il peut coulisser sur sa tige 53 et parce qu'il porte les garnitures 63a, dont le volume est égal à celui des garnitures d'une galette. Par conséquent, le fait que ce piston se trouve dans la colonne 65 20 ne diminue pas sensiblement la capacité d'absorption de cette dernière. Bien que l'on ait décrit un cylindre télescopique contenant une pile de galettes annulaires plates, on comprendra que ces galettes peuvent avoir une forme quelconque, par exemple to-25 rique, et que l'enveloppe et la cage peuvent être rectangulaires au lieu d'être circulaires, les galettes étant alors rectangulaires. Au lieu de galettes séparées, on peut utiliser des colonnes élas-tomères continues de chaque côté du piston et remplacer le caoutchouc par un polymère élastomère. On peut mouler ou enfermer dans 30 les cylindres diverses substances de façon à obtenir un élément compressible élastiquement. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite ci-dessus qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et que l'on pourra y apporter diverses variantes sans sortir de son 35 cadre. 71 32254 9 2106488 REVENDICATIONS 1 - Suspension destinée à un engin fcous terrains et supportant au moins une partie de la masse de l'engin suspendue à une masse non suspendue et assurant la liaison avec les roues reposant 5 sur le sol, ladite suspension comprenant plusieurs cylindres té-lesoopiques coopérant pour absorber les fordes d'oscillations entre les masses suspendues et non suspendues et étant caractérisée en ce que chaque cylindre télescoplque comporte plusieurs éléments individuels en élastomère, disposés entre lesdites masses et em-10 pilés de manière à transférer les charges élastiqueaent des uns aux autres, un premier ensemble à mouvement alternatif étant relié à l'une des masses et coopérant avec les deux masses de manière à appliquer à au moins l'un, desdits éléments un effort linéaire tel que ces éléments coopèrent dans un sens pour absorber élastiqueaent 15 les forces d'oscillations, et un second ensemble à mouvement alternatif étant relié à l'autre masse et étant mobile avec les-dits éléments empilés sur la distance résultant de l'affaissement produit par la charge,ce second ensemble étant mobile avec ladite autre masse dans le sens opposé de manière qu'au moins l'un des-20 dits éléments subisse uir effort et absorbe élastiquement les oscillations des masses dans ce sens opposé, les oscillations des masses étant ainsi absorbées dans les deux sens. 2 - Suspension selon la revendication 1, caractérisée/en oe que ledit premier ensemble à mouvement alternatif comprend deux 25 enveloppes tubulaires pénétrant l'une dans l'autre et se rapprochant ou s'éloignant en coulissant l'une dans l'autre en fonction des oscillations réciproques desdites masses, lesdits éléments en élastomère étant empilés dans ces enveloppes en formant une colonne élastique et en les remplissant avec suffisamment d'espace 30 pour que cette colonne puisse se déformer élastiquement. 3 - Suspension selon la revendication 2, caractérisée en ee qu'une desdites enveloppes oomporte une tige intérieure de guidage pénétrant axialement à l'une des extrémités dans ladite colonne afin d'empêcher le décalage axial d'au moins certains des-35 dits éléments en élastomère. 4 - Suspension selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit second ensemble à mouvement alternatif comprend un piston situé entre deux éléments voisins en élastomère et coulissant sur une tige disposée dans l'axe des en- 40 veloppes et reliée à ladite autre masse, le piston coulissant dans 71 32254 10 2106488 un sens sur la tige en fonction de l'écrasement que la charge fait subir à la colonne et étant empêché de coulisser dans l'autre sens alors que la tige ressort des enveloppes , les éléments en élastomère disposés entre le piston et une extrémité des envelop-5 pes étant ainsi comprimés dans ledit. autre sens. 5 - Suspension selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que tous lesdits éléments en élastomère sont annulaires et sont empilés de manière à former dans les enveloppes, une colonne dont le centre est creux. 10 6 - Suspension selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que chacun des éléments en élastomère comporte au centre une plaque rigide dont les deux faces sont liées à des revêtements épais en élastomère dont les arêtes extérieures sont ohanfreinées de façon à former dans la pile une série de gor-15 ges annulaires qui ménagent à l'intérieur des enveloppes,des vides permettant à ces revêtements de se dilater radialement. 7 - Suspension selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que le piston est disposé à environ le quart de la distance à l'extrémité de la colonne qui est voisine 20 de la première masse, par rapport à la longueur de cette colonne • 8 - Suspension selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisée en ce que l'une des masses comprend le châssis de l'engin et l'autre , le train de roulement, les enveloppes effectuant un mouvement rentrant en exerçant un effort sur la co- 25 lonne d'éléments en élastomère dans ledit premier sens lorsque le châssis et le train de roulement se rapprochent et effectuant un mouvement de sortie dans le sens opposé lorsque le châssis et le train de roulement s'éloignent l'un de l'autre, chacun des éléments en élastomère étant fermé sur lui-même et ouvert au centre, leur 30 empilement formant une colonne creuse, et l'une des enveloppes comportant une tige intérieure de guidage partant de l'une de ses extrémités et pasaant axialement dans la colonne afin d'empêcher au moins certains des éléments de se décaler latéralement.