Brevet FR2222260A1 — publié le 19741018

La présente invention concerne le relèvement des courbes de voies de chemin de fer ainsi qu'un dispositif pour compenser l'inclinaison respective de la caisse des wagons par rapport aux éléments de roulement disposés sur des véhicules ferrcviaires. Peu à peu toutes les sociétés de chemins de fer du monde s'efforcent de faire franchir de plus en plus vite les courbes aux véhicules ferroviaires et de ce fait d'exploiter ces véhicules à des vitesses très élevées dans les courbes. On peut arriver à un tel résultat en compensant l'inclinaison de la caisse qui résulte de la force centrifuge par l'inclinaison de la voie vers l'intérieur de la courbe de façon que le désagrément qui en résulte pour les voyageurs soit maintenu dans des limites acceptables. Les forces qui s'exercent dans une courbe sur les véhicules ferroviaires sont représentées d'une manière simplifiée à l'aide de la fig. 1 sans tenir compte de la suspension élastique du boggie sur les axes et sans tenir compte des forces élastiques que la caisse du véhicule exerce sur le cadre du boggie a) La force centrifuge a pour expression Fl = G v g R dans cette formule g R G exprime le poids (en kg) g exprime l'accélération par rapport au sol (m/sec2) v exprime la -9-4 te-sse (m/sec) R exprime le wadrxon de courbure (m) b) La dérive a pour expression AT = G sin oi G h 2s Dans cette formule h exprime la hauteur de relèvement des rails (m) 2s exprime la largeur de la voie (m). Selon la prépondérance de l'un ou l'autre des composants, la force centrifuge résultante s'exprime de la manière suivante 2 F = F1 - AT = G (v - h ). Rg . 2s La résultante de la dérive s'écrit en particulier A = AT - Fl = G (h - v2 ) 25 ru Pour un état de roulement d'équilibre dans lequel F = A = O on peut écrire plus simplement pour une certaine portion de voies 2s = 1 435 mm le relèvement de la voie étant égal à h = 11,8 . v2 R Le relèvement imposé des voies pour les chemins de fer fédéraux allemands est pourtant inférieur et est notamment égal à u = 8 . v2 . Sur de tels tronçons ceci permet de pouvoir R faire passer des trains moins rapides tout en soumettant les passa- gers à une partie de la force due à une composante radiale d'accélération qui soit supportable. Pour un relèvement h, la vitesse dite vitesse d'équilibre, c'est-à-dire la vitesse pour laquelle la force centrifuge et la dérive s'équilibrent, s'exprime par la formule Selon les règlements des chemins de fer fédéraux, le relèvement maximum d'une voie ne peut être supérieur à h max - 150 mm, pour lequel on obtient une vitesse d'équilibre La vitesse maximum fixée par le même règlement des chemins de fer fédéraux est égale à v max = 4,6V qui est supérieure à vO car on tient compte d'une force radiale d'accélération variant entre 0,65 et 0,85 m/sec2 du fait de l'influence qu'elle peut avoir sur le confort des passagers.De ce fait, la vitesse élevée à laquelle sont traversées les courbes est ressentie par les passagers alors que la vitesse pour laquelle se produit un déraillement se situe beaucoup plus haut. Pour empêcher un renversement, des relèvements de voies plus importants sont admissibles même lorsque la vitesse tend vers zéro. Dans le but de franchir des courbes à très grande vitesse on a essayé de relever cette vitesse maximum en inclinant la caisse des véhicules de manière appropriée par rapport aux trains de roulement vers l'intérieur de la courbe tout en conservant un certain confort pour les passagers compte tenu d'une accélération radiale maximum.Dans ce but, la commande de l'inclinaison de la caisse en fonction de la courbure de la voie (système GST allemand) permet une élévation de la vitesse de franchissement d'une courbe jusqu'8 20fui. Dans ce dispositif, les deux enceintes de maintien d'une caisse, comportant une suspension pneumatique, sont alimentés avec de l'air sous pression afin de compenser l'inclinaison due à la courbe, un pendule actionné par la force centrifuge Jouant le rôle de détecteur. (Demande de brevet allemand Auslegeschrift no 1.455.101). Cette commande présente les inconvénients suivants Les différences de force entre les points d'appui et les points de guidage de la roue sur les rails ne changent pas de manière importante ctest-à-dire que l'usure du boudin de la roue lors du passage à grande vitesse dans des courbes ne peut pratiquement pas-Etre diminuée, et la sécurité au déraillement ne peut pas être supérieure. 2 - Comme il est important que cette commande soit efficace uniquement au-dessus de la vitesse d'équilibre,un un pal- peur dynamique est nécessaire,par par exemple un pendule susceptible de se déplacer sous l'action de la force centrifuge. Celui-ci est pourtant influencé par les mouvements parasites et doit alors être amorti; ce pendule est donc sensible et compliqué. Pour améliorer un tel dispositif, on a recours à la présente invention, dans laquelle il est prévu que le relèvement des courbes précitées est fait en fonction des plus hautes vitesses auxquelles ces courbes sont traversées, étant entendu qu'à des vitesses réduites ou à l'arrêt des véhicules précités, leurs caisses subissent une inclinaison vers l'extérieur de la courbe. Une certaine accélération radiale peut alors dans ce cas être tout de même supnortée par les passagers. Pour une courbe dont le rayon est égal à 1000 mètres (R = 1000 m) et dont la vitesse maximum de franchissement est de 200 kilomètres à l'heure le relèvement sera environ égal à 360 mm ce qùi correspond à une vitesse d'équilibre vO = 160 km.h. Pour les relèvements maximum qui existaient Jusqu'alors et où la hauteur était égale à 150 mm la vitesse d'équilibre était d'environ 100 km/h et la vitesse maximum admissible d'environ 143 km/h, ce qui fait qu'un train roulant à 200 km/h déraillait. Le relèvement maximum n'est uniquement limité que par le critère d'une stabilité au renversement suffisamment grande du véhicule; en fonction de-ce critère on doit choisir le plus petit rayon de courbure admissible et l'abaissement du centre de gravité du véhicule améliore encore cette stabilité. On peut aussi prévoir un relèvement maximum de la voie de sorte que pour les vitesses les plus élevées sur des tronçons rectilignes qui sont en général donnés pour comparer les performances et les rapports de transmission du véhicule, la sécurité au déraillement est encore garantie lors du franchissement des courbes, même si ce véhicule comporte un centre de gravité et le cas échéant une répartition de charges mal adaptées. Lors de passage dans des courbes à des vitesses inférieures à la vitesse d'équilibre, par exemple si vO = 164 km/h pour équilibrer la dérive et de façon d'atteindre un certain confort lors de ce passage, on prévoit selon les caractéristiques précédentes de l'invention une inclinaison contraire à celle de la caisse du véhicule. Celle-ci doit être telle que F1 - At tende vers zéro. Cette inclinaison antagoniste de la caisse peut être obtenue manuellement et/ou à l'aide des moyens décrits dans le système de commande GST allemand dans lequel cette inclinaison est mesurée pour être en général inversement proportionnelle au carré de la vitesse du véhicule. La commande automatique, si elle existe, n'entre alors en action que lorsque le positionnement du train de roulement annonce une courbe, mais cela peut aussi se produire à l'aide d'autres capteurs. Il est utile de prévoir des temporisateurs pour les capteurs de façon que lorsque le véhicule traverse lentement, par exemple un aiguillage en courbe dont les voies ne sont pas surélevées, le mécanisme d'inclinaison ne se mette pas en route. Dans le même but, le dispositif d'inclinaison n'est rendu dépendant des deux trains de roulement, par exemple des boggies, que lorsqu'ils braquent dans des sens opposés. Dans un but de simplification, les capteurs nécessaires peuvent sensiblement être disposés au milieu de la locomotive et commander l'inclinaison des wagons depuis cette position. Dans tous les cas la vitesse peut être déterminée à l'aide d'un simple tachymètre jouant le rale de capteur, ce tachymètre déterminant la valeur de l'inclinaison à donner dans les courbes. Des systèmes de pendules sensibles peuvent convenir dans ce but. L'inclinaison de la caisse en vue de son redressement peut pour les plus petites vitesses être assurée par des moyens connus, pneumatiques, hydrauliques ou mécaniques. L'invention sera décrite à l-'aide du dessin repré senté fig. 2, qui représente en coupe et schématiquement un véhicule ferroviaire roulant sur des rails dans une courbe et ou V = 0. Le véhicule 1 dont le centre de gravité est loca lisd au point S et redressé par les enceintes 2 et 3 contenant de l'air et compensant le relèvement 4 de la voie de sorte que les passagers qui se trouvent à l'intérieur du véhicule ne ressentent pas le relèvement de la voie lorsque ce véhicule est arrté. Dans ce but, les enceintes 2 et 3 s'appuyent sur le cadre 5 des boggies qui lui-même s'appuie sur la suspension 6 des axes 7 qui comprend les roues 8 correspondantes s'appuyant sur les rails 9.Pour une vitesse supérieure à V = 0 l'enceinte élastique 2 sera gonflée et l'enceinte élastique 3 dégonflée en fonction des forces centrifuges respectives de façon que l'angle a diminue Jusqu a ce que v = vO et que le centre de gravité déplacé S1 soit confondu avec le centre de gravité naturel S. Ce dispositif présente les avantages suivants définition du glissement du boudin extérieur en particulier aux grandes vitesses. Le contact du rail du boudin intérieur à faible vitesse est pratiquement négligeable. 2 - Impossibilité d'un déraillement pour de grandes vitesses. Le contact du boudin avec le rail intérieur n'est pas dangereux du pont de vue du déraillement aux petites vitesses car les roues situes à l'intérieur de la courbe ne doivent pas être en contact avec les rails. 3 - Commande automatique particulièrement sûre et simple de l'inclinaison contraire dans la courbe dépendante par exemple de la position des éléments d'un roulement et de la vitesse d'avancement dans la courbe, 4 - Ménagement de la superstructure tout en conservant un mode de construction intéressant au point de vue prix. Comme probablement tous les véhicules, comme par exemple les wagons de marchandisei ne pourront pas être équipés d'un dispositif conforme à l'invention, ce dispositif sera installé sur les boggies des wagons de voyageurs des rapides où la vitesse est supérieure à 200 km/h (pour des courbes dont le rayon est supérieur à 1000 m, Lors d'une défaillance du dispositif, ce qut vu sa simplicité ne devrait pas se produire, le passager doit alors s'accomoder pendant un temps très court et à de petites vitesses ou à l'arrêt d'une importante force due à l'inclinaison de la caisse du véhicule ce qui psychologiquement n'est pas admissible, de même que s'il était soumis à des forces centrifuges élevées lors du franchissement de courbes à grande vitesse, forces centrifuges qui de plus augmentent avec le carré de la vitesse. L'incertitude de ne pas être incommodé dans les courbes provoque également un effet psychologique positif. REVENDICATIONS 1. Relèvement des courbes de voies et dispositif permettant de provoquer une inclinaison de la caisse par rapport aux éléments de roulement roulant sur lesdites voies, caractérisé par le fait que le relèvement est établi sensiblement en fonction de la vitesse maximum d laquelle peuvent être franchies les courbes, alors que lors de petites vitesses et lors de l'ar rêt l'inclinaison de la caisse du véhicule roulant sur rail est dirigée vers l'extérieur de la courbe. 2. Disposition du relèvement selon la revendica tion 1, caractérisée par le fait que lors des vitesses les plus élevées, l'excédent de forces centrifuges, correspondant pour les passagers à une accélération radiale, soit encore supportable. 3. Commande de l'inclinaison de la caisse selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que la force centrifuge et la force de dérive sont sensiblement égales, 4. Commande selon la revendication 1 ou 3, carac térisée par le fait qu'elle est établie manuellement. 5. Commande selon les revendications 1, 3 et 4, caractérisée par le fait qu'elle est établie en fonction de la vitesse. 6. Commande selon les revendications 1 > 3, 4, 5, caractérisée par le fait qu'elle est établie d'une manière inversement proportionnil all carré de la vitesse. 7. Commande on les revendications 1, 3 à 6, caractérisée par le fait qu'elle est établie à l'aide de capteurs en fonction de la vitesse et de la position des éléments de roulement. 8. Commande selon a revendication 7, caractérisée par le fait que les capteurs sont disposés dans une position centrale, par exemple sur la locomotive. 9. Commande selon les revendications 1 à 7, caractérisée par le fait que la composante de vitesse de cette commande se fait au moyen de capteurs disposes le long du trajet, la transmission en véhicules s'effectuant de manière connue par des procédés électriques ou magnétiques. 10. Commande selon la revendication 1 à 9, caràctérisée par le fait qu'elle est établie å l'aide d'éléments pneumatiques, hydrauliques ou mécaniques connus en soi. 11. Commande selon les revendications 1 à 10, caractérisée par le fait que l'accélération radiale est indiquée à l'aide d'un pendule de masse connu en soi.