Brevet FR2202000A1 — publié le 19740503

-L'application de @ISSELS aux wagons a @ ou @ essieux etant susceptible de leur conferer des avantages substantiels,la generalisation de l'Attelage Automatique en @urope demande un examen detaille de l'inscription d'un tel materiel,afin de definir les modalites des constructions eventuelles. Or,les resultats d'experiences ferroviaires des recentes annees permet de mieux preciser les donnees propres aux wagons a bissels,don- nees qui s'ecartent de l'inscription geometrique simple,envue d'intervention d'autres parametres dans la marche deb Lrains,notamment le rapport L/d,ainsi que l'influence des jeux lateraux,parallèlement au developpement d'efforts axiaux s'accroissant avec les charges et les vitesses des rames. 11 convient d'ailleurs de préciser que certaines propositions constructives faites antérieurement deviennent caduques ou à reconsiderer. rour les etudes de basse,on peut neanmoins s'en tenir a un nombre relativement restreint de parametres,les elements retenus etant les suivants,rappeles sur la Fig.1 @L Longueur entre centres d'Attelage Id hmpattement s Ecartement des boudins @ Jeu lateral &alpha; Angle d'attaque boudin-rail In centre instantane de rotation x Distance du @IR a l'essieu avant k sayon de la Voie T Effort latéral venant de l'extérieur X,Y réactions rail-roue venant de T F Traction axiale C Compression axiale Longueur du bras d'attelage automatique @AH Champ d'action horizontal de l'attelage automatique LAV " vertical " L'objet de la présente invention estdouble: -d'une part detinir les relations entre les elements précedents ponr les wagons à bissels; -d'autre part en deduire les modalites de construction de ces wagons en fonction des relations précedentes La transposition des relation d'inscription aux wagons a a bissels s'appuie plus particulièrement sur une importante etude de @.HEUMANN publiee en 19@0-53 sous le titre GRCNZÜGE DER FÜHRUNG DER EISENBAHN FAHRZEUGE expose et Consequences tecin0ologiques. i-our permettre la comparaison entre les deux types de wagons à essieux,il faut rappeler que les recherches mentionnees ci-dessus ont amene les conclusions suivantesprécedant ainsi les relations propres au x wagons a bissels. l CAS DU WA@ON A 2 ESSIEUX RIGIDES, & ISOLE,en courbe de rayon assez petit pour provoquer la marche en crabez(il n'y a pas de force F ou C) Le wagon s'inscrit par rotation autour du Clk en M,projecton sur l'axe longitudinal du centre de la courbe parcourue.(fig.l) 4 forces de glissement horizontales G1à G4 sont alors developpees au contact bandage-rail,soit G= P ; étant le coefficient de frottement et Q la charge par roue supposée repartie.Elles se decomposent en forces transversales fl à f4 et axiales 1 à#4. #es 8 forces sont constamment équilibrées par les 2 forces de guidage P1 etP3 dues à la réaction boudin-rail,dans leurs contacts A1 & 3. on a géneralement P1 > f1 +f2 et P3S f3+f4.)La force P est en réalité un peu décalée obliquement,mais l'approximation est admissible. Sur la fig.2 on remarqu-e,pour l'essieuiç: -les plaques de garde tra@smettent la différence #1=Pl-(fl+f2) -les liaisons essieux-caisse,avec réactions rl e r2 équilibrant#1 & 2. -r1 a r4,et#let #3 s'equilibrent sur caisse. Dans le cas d'essieux montes elastiquement(suspension par anneaux inclines et ressorts a lames),on voit que les equilibrages s'obtiennent par une déformation /à l'AV1fonction de fl à f4,et de la rigidite de la suspension;et ceci dans le sens d'une augmentation de&alpha;,qui devient &alpha;+ss ,d'où le mauvais comportement en courbes de faibles rayons;cette mobilité est cependant indispensable à la marche tranquille en essieux louvoyants.(roulement cônique pour R#1200m,et en tonneau pour @#1500m.) 11 s'agit bien entendu du comportement normal dans les contacts railbandage,organes proches du profil-type,comportement s'altèrant à l'usure;; En retenant les elements precedents simplities,les efforts deveioppes se delinissent comme suit: 6n Le CiR se situe selon: x= + d (1) 2d et les forces "f@et"#@ d'après avec#1 et#@ suivant fig.1, c'est a dire : Les forces de guidage P1 et P3 ,solutions de l'equation des forces et de l'equation des moments appliqués au wdgon,sont: Le couple Cl faisant tourner l'essieu .V dans le mauvais sens est: t;l=fl.2s = Qs.cos #1 ; et pour l'essieu AR;C2=2 Q.cos #2. es valeurs jointes dUX equations (1) et (2) donnent les ordres de grandeur des forces mises en jeu. 2 CAS DES WAGONS CLASSIQUES ACCOUPLES,EN COURBE DE PETI@ RAYON. Les forces d'accouplement transmises au wagon se traduisent par: -une force transvers@le"T, transmise par les plaques de garde: devient #1 + Tl en compression à l'avant et il il en iraction. -une force" f" ou"C,qui fait deplacer M(fig.1) sur son rayon MC,vers l'exterieur en traction et vers l'interieur en compression. Le comportement en demeure qualitativement le même qu'au #1 , mtis la situation s'aggrave lorsque T s'ajoute à #1,abaissant la limite de deraillement, 30 CAS DES HAGUNS A BiSSELS,en courbe de petit rayon: La construction d'un wagon à bissels doit garantir des qualités améliorées par rapport aux wagons classiques,même si ces derniers sont munis d'articulations redresseuses tendant à l'autoalignement lors des compressions;il faut donc examiner le cas du vehicule muni d'attelage automatique et tampon central,avec pied d'articulation porté,soit par la caisse,soit par le bissel. Un remarque d'abord que les composantes latérales f, ne dépendent que: - du bras d'articulation *k" fixé par la reglementation EURCP; - de"#.,angle d'attelage résultant des positions relatives géometriques de deux wagons accouplés; -de la force axiale"Fou"C; La stabilité du système doit être appréciée,tant au point de vie du bissel par rapport a la caisse et à la voie,que du comportement relatif des caisses entre elles,en traction et en compression. L'inscription en vitesse dans les courbes de grand rayon est par aiileurs facilitee sous l'action de la force centrifuge. a) as du wagon d @issels isole (fig.3) Les mêmes forces f et # se developpent au droit des roues equilibrees par les forces de guidage s-1 et @@. Considerant le bissel AV,on retrouve P1-(f1+12) dans l'axe de l'essieu et le couple #1 et #2 à distance 2s. A i'avant,ils sont equilibrés par la réaction du pivot 81 et le couple antagoniste # donné par le rappel elastique du bissel Par rapport au pivot,on a: #2s # #1.l # # = 0 et on remarque que: - #.2s agit toujours dans le sens des &alpha; croissants,comme dans un wagon classique; - par contre, l'action de #1.l depend de la position du pivot par rapport à l'essieu,c'est à dire: --ulvot en avant de l'essieu: #l se be developpe dans le meme sens que#.2s,donc defavorablement; --livot au droit de l'essieu: #l s'annule,donc comportement ramene au wagon classique; --Pivot en arrière de l'essieu: #l agit favorablement en sens inverse du glissement. Si l'on considère un wagon dont l'empattement 2d = 10m,avec jeu de @0mm,circulant en courbe de 12Om,on arrive à l'ordre de grandeur ci-après ,pour la valeur a adopter du bras de giration " i assurant l'equilibre #.2s= - #1. En appliquant la formule (1)on trouve x=@,72. et les formules (2) et(d) determinent un bras de giration l= 4,3m. 11 est capital de noter que pour une valeur du bras de giration > @,om, le bissel prendra spontanement une position favorable,en reduisdnt l'angle d'attaque &alpha;. Il est remarquable que cette valeur du bras s'apparente au empattement d deja relevé à son et pouvant encore être augmente grâce aux essieux orientes.On peut alors envisager deux dispositions de base selon fig.4 : @ig.4A:avec Lampon central a cliaque about; -@ig.4B::avec tampon central unique au centre ou chassis,solution apportant des avantages d'economie et de securité.De plus lii devient possible de construire aes wagons ou des chassis a pouLre centrale continue,visant a l'interchangeabilité des caisses et des containers.(Unites automomes avec frein variant s@@s charge) b) bas des wagons a bissels accouples.(fig.@A CL @B) ll se developpe aussi sur l'essieu une composunte laterale @, resultant de celle qui agit a l'articulation @,sa plus grande valeur venant de l'incidence des attelages comprimes.2 cas sont a considerer:: ===PIED D'@@@ELAGE S@@ @@ @AISSE (fig.@A) La lorce @ est transmise a la roue,amplieiee dans le lapport suivant A etant la reaction transversale a l'avant,et @ a î'ariiere: L+d-K L-d-k @ = # Il + #13 L-dK L+d-k @ = #Il + #13 2d 2d et la resultante#@=@l -(f1+f2) augmente toujours dex; le couple (#+#).# agit parapport au pivot proportionnellement à"#".Comme precedemment,l'ori entation stabilisante est spontanee avec pivot a l'arriere de l'essieu. Le champ d'action horizontal CAH de l'attelage ne change pas. === PIED D'AI@ELAGE SUR BISSEL (fig.@@) La composante @ venant de l'attelage ne se reporte plus direc tement sur le plvotsnials sur un point D du bissel,articule. Le couple developpe sur le bissel prend une valeur lixe @(L-d-K)independante de la position du pivot et qui agit dans le sens des &alpha; croissants tant que @ reste à l'avant de l'eEssieu. Les couples dus aux efforts transversaux peuvent atteindre @@ tOis le couple de glissement;il convient donc de maîtriser @(L-d-k), en inversant son sens,de sorte que ce couple agisse favorabîement,et proportionnellement a l'effort de compression @. Il faut completer le montage par des dispositiis speciaux placés aux points suivants: O1/ Au pied de l'attelage automatique,une articulation redresseuse pou vant s'appliquer aussi bien sur le @lssel que sur la caisse. 02/ Au pivot de bissel,une articulation double,par ex.selon fig.o,et qui permet l'autoalignement de 2 vehicules successifs. 03/ Accouplement rigide de 2 bissels constituant un @ogie à double pivot,commun à 2 caisses,mais pouvant être decouple@ loutelo@s ce@e operat@@ @@pouvant être frequente convient done plus paraiculierement a du materiel specialise;par exemple,des rames "baniieue" articulees pourraient être constituees par des elements courts en alliage leger ,ne depassant pas la longueur des barres extrudees,et reposant sur de, t bissels @ccouples. De tels elements ont l'avantage de pouvoir être di@fe@es en l@@ne en cas d'incident,contrairement au prine@pe des bo@res medians. 04/ @mploi d'une articulation s@eclale a la base du tampon central, par ex. selon fig.@,assurant a la lois la liberté en traction et l'@rien- tation en compression.(la direction de @ est inchangee,mais le point B est reporte en arriere de @'essieu)La mo@ilité du tampon demande un centrage con@rôle pou@ l'accostage,mais en contre@par@ie: -Les eiiorts @ sont dimindes en compression,le @ras"R"augmentant; -Le Bissel est stable en traction et en compression,l'angie &alpha; etant toujour@ reduit; -Le système Caisse+Bissel+Attelage est egalement autoredresseur en alignement si l'essieu est place entre les articulations de traction et de compression. Le même resuitat serait d'ailleurs obtenu en combinant les solutions 1+02 et 03+02. C@@@@ DES SOL@@@@@S. ll ressort des considerations precedentes que deux arrangements de base sont possibles pour reduire&alpha;et augmente@ @u simuitanement: a)@agon isole spontanement orienteur,a bisseis independants,lesquels comportent l'orientation pioportionnelle a F et a @,c'est a dire: longs ca@ssons de missel et pivot pres du centre@articulation nor male sur caisse;le An reste inchange. b)@issels courtstavec pivots à l'arriere de l'essieu ou au avec @@ll unpeu plus grand,ainsi qu'articulation sur bissel et systeme auto-orienteur;ce dernier peut prendre plusieurs formes suivant ie degre interaction reciproque de - bissels accouples SCHEMA DE RECIPROC@@E DE 2 SISSELS: a) @otale:2 bissels accouples rigidement @enclenchement automatique de la suspension(solution 3). b) partielle: - Possibilites t ,devient plus grandi, report de a d 1≈ a de Xrticul-tion re avec emplacement X de i H I 'essieu(solutîon-4) dresseuse classique 1 du tampon ent o'essieu(solL) elarx lu wampon ent 'essieu(solwL) Dans les deux cas I etv4 yon inverse le sens de @(L-d-k) de la façon suivante:par articulation redresseuse, @ devient negatif(fig@) et par report a l'arrière,ou (L-d-k)devient"z".(fig.7) SION. @oyennant certaines precautions,il est possible de concevoir un wagon à essieux orientes capable de circuler en melange avec let wagons modernes a bogies ,et presentant de nouvelles qualites par rapport aux wagons classiques a essieux rigides,tant au point de vue de l'@ntretien (&alpha;reduit)qu'au point de vue @xploitation(caisses longues). REVENDICATIONS: I Transposition aux wagons à bissels des recentes donnees des recher et expériences effectuées sur des wagons classiques a essieux paral- lèves. 2 Determination des bras de giration du bissel1assurant une stabili aation automatique. 3 Adaptation de cette determination à la construction de châssis- poutres continus,permettant une interchangeabilité plus facile des caisses et des containers. usage d'un seul tampon au centre du véhicule,construction combinee ou non avec celle du #3 .( y compris la possibilité d'accroître l'amortissement des chocs) ooApplication à certains types de véhicules de bissels courts accouplés en marche,mais pouvant quand même être decouplés pour differer un vehicule en ligne. 60btilisation d'articulations redresseuses ou combineestau point d'articulation de l'attelage automatique sur le bissel,ainsi qu'à base des tampons centraux,afin de realiser ifautoalignement des véhicules accouplés.