Brevet FR2248965A1 — publié le 19750523

La présente invention est relative aux wagons monocoques. La technique des wagons monocoques est parfaitement connue; elle consiste à réaliser un wagon sans châssis travaillant, comprenant essentiellement une superstructure résistante et à chaque extrémité un caisson de choc. Les caissons de choc reçoivent les efforts de choc et de traction et les diffusent dans la superstructure qui transmet entre les deux caissons de choc l'intégralité de ces efforts. Ils servent également de liaison entre la superstructure et les organes de roulement. Du point de vue résistance, ils peuvent être indépendants llun de 11 autre. Cette technique est applicable avantageusement à tous les wagons dont la superstructure a une hauteur et une résistance suffisantes pour la rendre auto-portante et lui permettre de transmettre tous les efforts de choc et de traction. Elle permet d'obtenir une tare extrêmement faible pour une robustesse remarquable. Toutefois des difficultés sérieuses surgissent dans certains cas particuliers, notamment dans la construction de wagons à superstructures amovibles, de wagons calorifugés pour le transport de produits très chauds ou très froids et de wagons dont la superstructure est réalisée en un matériau différent de celui utilisé pour l'infrastructure. En effet dans les deux premiers cas la longueur de la superstructure peut varier, tandis que dans le troisième les modules d'élasticité des matériaux sont différents. Il en résulte les conséquences suivantes Dans le premier cas, les superstructures amovibles ne sont pas toutes rigoureusement idenciques par suite des dispersions de cotes dûtes aux tolérances de fabrication. Il est néanmoins nécessaire de relier les deux caissons de choc par des élément longitudinaux car lorsque la superstructure est séparée de I'infrastructure, il faut maintenir l'écartement convenable des caissons de choc et assurer le support de certains accessoires ferroviaires tels que les organes de frein.Dans les agencements connus, les dispersions de longueur, qui existent même si la fabrication est réalisée avec précision, obligent à prévoir un jeu au niveau des moyens de liaison. Il en résulte que, dans le cas des efforts longitudinaux de choc et de traction, le taux de travail du châssis demeure très important par rapport à celui de la superstructure. Pour ne pas dépasser la limite élastique dans le châssis on est conduit à ne prévoir qu'un taux de travail faible ou même nul dans la superstructure. La diminution de tare n'est donc pas maximale. Dans le deuxième cas, si on veut réaliser un véhicule monocoque, il ne faut pas relier d'une manière rigide les deux caissons de choc car les variations de longueur de la superstructure provoquées par la dilatation pourraient faire travailler la partie centrale de l'infrastructure au-delà de la limite élastique. On est donc amené, dans les réalisations connues, à fixer sur la superstructure au travers du calorifugeage, des supports pour les accessoires ferroviaires, ce qui entraide des ponts thermiques, un coût élevé et une fragilité du calorifugeage. Aussi préfère-t-on le plus souvent abandonner la solution monocoque et ancrer la superstructure au milieu d'un châssis transmettant tous les efforts de choc et de traction, la superstructure pouvant alors coulisser sur les caissons de choc lorsqu'elle se dilate ou se rétracte sous l'effet de variations de température. Dans le troisième cas envisagé ci-dessus, si le module d'élastici té,de la superstructure est beaucoup plus faible que celui de l'infrastructure, il n'est pas possible de relier les caissons de choc d'une manière rigide car alors le rapport des taux de travail de l'infrastructure et de la superstructure serait dans le rapport des modules d'élasticité. On est donc obligé de suspendre les accessoires ferroviaires directement après la superstructure. Mais il est très difficile de relier des matériaux différents. On a donc intérêt à réduire au maximum les points de liaison qui sont délicats et coûteux à réaliser et à les limiter à l'ancrage des superstructures sur les caissons de choc. C'est pourquoi là encore la solution monocoque est peu utilisée comparativement à celle du châssis travaillant. Le but de cette invention est de réaliser un wagon de type monocoque et plus particulièrement une infrastructure pour un tel wagon, qui permette de remédier aux divers défauts de l'art antérieur, qui ont été énumérés ci-dessus. L'invention a pour objet un châssis de véhicule ferroviaire, du type comprenant deux caissons de choc portés par des dispositifs de roulement et reliés par au moins un élément longitudinal, caractérisé en ce que le ou chaque élément longitudinal est relié à au moins l'un des caissons de choc par un dispositif- de liaison autorisant un débattement longitudinal entre l'élément considéré et le caisson de choc. L'infrastructure ou châssis selon l'invention permet de réaliser un wagon monocoque à superstructure amovible tel que les éléments étant assemblés, les efforts de choc et de traction passent en totalité par la superstructure. Elle permet donc de construire un wagon ayant tous les avantages du wagon monocoque et dont on peut changer très rapidement soit la superstructure (par exemple pour en remplacer une vide par une pleine) soit l'infrastructure (par exemple lorsqu'en un point donné l'écartement des voies varie). L'interchangeabilité des éléments ne nécessite aucune précision particulière à la fabrication qui est donc très économique. Ce châssis permet également de construire des wagons monocoques à superstructure fixe pour transporter des produits très chauds ou très froids ou bien dont la superstructure et l'infrastructure sont- réalisées en matériaux différents,tels qu'aucun accessoire ferroviaire ne soit suspendu à la superstructure, cette dernière étant ancrée à l'infrastructure uniquement au niveau des caissons de choc. Divers modes de réalisation peuvent être envisagés, selon les applications particulières prévues. C'est ainsi que dans le cas des wagons à caisses amovibles le déplacement est limité par un ou plusieurs ressorts agissant longitudinalement. L'élément longitudinal peut être soutenu soit par des supports disposés dans les caissons de choc, soit par l'intermédiaire des ressorts eux-mêmes. Dans le cas de wagons à superstructures amovibles le dispositif a une deuxième fonction utilisée lorsque la superstructure est séparée de l'infrastructure. En effet, dans ce cas, que ce soit pour les wagons à deux essieux ou les wagons à bogies, les caissons de choc pourraient pivoter librement soit autour de l'essieu soit autour de la crapaudine du bogie s'il n'y avait aucun dispositif de liaison. Le dispositif est alors utilisé pour maintenir les caissons de choc à peu près horizontaux ; on peut concevoir différents équipements permettant de transmettre le moment de basculement du caisson de choc au dispositf assurant la liaison entre les deux caissons de choc, par exemple - des tiges horizontales solidaires du dispositif de liaison et coulissant dans des guides solidaires du caisson de choc; - des paires de biellettes formant parallèlogramme, reliant le caisson de choc au dispositif longitudinal de liaison - des ressorts reliant le caisson de choc au dispositif et agissant en au moins trois points non alignés. L'invention sera mieux comprise grâce aux trois exemples décrits ci-après en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la Fig. i est une vue en élévation latérale schématique d'un véhicule ferroviaire selon l'invention; - la Fig. 2 est une vue en plan de l'infrastructure de ce véhicule - la Fig. 3 est une vue en coupe partielle au niveau de la liaison entre un élément longitudinal du châssis et un caisson de choc - la Fig. 4 est une vue en coupe suivant la ligne 4-4 de la Fig. 3 - les Fig. 5 et 6 sont des vues analogues à celles des Fig. 3 et 4, d'une variante - les Fig. 7 et 8 sont des vues analogues d'une autre variante; et - la Fig. 9 est une vue en plan avec arrachement et coupe partielle d'un autre mode de réalisation de l'invention. On voit sur la Fig. 1 un wagon W de type dit monocoque, comprenant une infrastructure I, ou châssis, et une superstructure S. L'infrastructure comprend deux caissons de choc C1, C2 reposant sur des dispositifs de roulement R1, R2, et reliés par un bâti longitudinal de liaison L comportant au moins une pâtre longitudinale ou longrine. Le bâti L est ancré au caisson de choc C2, et il est suspendu à la traverse pivot de l'autre caisson de choc C1 par un dispositif de liaison qui peut être réalisé de diverses façons. Dans l'exemple des Fig. 3 et 4, ce dispositif comprend deux jeux de biellettes 1 articulées, respectivement, sur le caisson de choc et sur le bâti L autour de deux axes 2, 3 dirigés transversalement par rapport à la direction longitudinale du wagon. On voit que le bâti L peut se déplacer horizontalement et par conséquent si par suite de variations de températurela superstructure l'écartement entre les traverses varie, aucune contrainte particulière n'est engendrée dans le bâti longitudinal L. Dans le deuxième exemple des Fig. 5 et 6 on retrouve le même caisson de choc C1. Le bâti L est relié au caisson de choc C1 par deux ressorts à lames 11 disposés verticalement, fixés à la partie supérieure sur le caisson de choc, en 12, et articulés par un oeil 13 sur l'extrémité du bâti L. Cette solution est à peu près équivalente à la précédente en y ajoutant toutefois une action de rappel vers une position déterminée. Un troisième mode de réalisation fait l'objet des Fig. 7 et 8. Dans ce cas, le bâti L est relié au caisson de choc Cl, par des plots en élastomère 21, au nombre de quatre, agencés dans deux plans différents On conçoit aisément que trois de ces plots convenablement agencés pourraient suffire. Dans l'exemple choisi, ils sont disposés entre une paroi verticale 22 du caisson et une console verticale 23 du bâti L, des goussets de renforcement 24, 25, 26 étant prévus pour assurer la rigidité de chaque sous-ensemble.Divers types de ressorts 21 peuvent être utilisés mais on choisira de préférence des ressorts biconiques creux en caoutchouc ou autre élastomère, Lorsque la superstructure est séparée de l'infrastructure le centre de gravité du caisson de choc se trouve situé entre la crapaudine de liaison entre le caisson et le dispositif de roulement,et les tampons ; le caisson de choc a tendance à basculer et les tampons à baisser. Il en résulte un couple qui fait travailler les ressorts supérieurs en traction et les ressorts inférieurs en compression.Bien entendu la face supérieure du caisson de choc prend alors une légère inclinaison par rapport à l'horizontale mais lorsqu'on fait reposer à nouveau la superstructure sur l'infrastructure le poids de la superstructure ramène la plan du caisson à Ithôrizontale. Par ailleurs, l'écartement des caissons de choc est corrigé en fonction de la longueur de la superstructure par une légère compression ( ou un léger allongement) des plots 21. La résistance à la compression ou à la traction de ces plots étant négligeable par rapport aux efforts de choc et de traction, on constate que grâce à cet agencement- on obtient un wagon à superstructure amovible tel que tous les efforts passent par la superstructure. On retrouve dans l'exemple de la Fig. 9 le caisson de choc C1, le bâti L et un dispositif de liaison entre ces deux sous-ensembles. On remarque que les longrines 31 du bâti L, qui relient les caissons de choc Cl, C2 se prolongent au-delà d'une traverse 32 et pénètrent dans le caisson de choc par des trous bordés 33 des âmes 34 et 35 de la traverse pivot constituant l'essentiel du caisson C1. Le dispositif de liaison comprend deux groupes de deux ressorts hélicoidaux 36, 37 agissant par des rondelles 38, 39 sur l' mever- ticale 32a de la traverse 32. Un tirant 40 est fixé à une extrémité 41 sur l'âme 34 de la traverse pivot et porte à son autre extrémité une rondelle 42 maintenue en place par un écrou 43. Le tirant présente en son milieu un épaulement 44.Le trou 45 percé dans l'âme 32a de la traverse 32 a un diamètre légèrement supérieur à celui de l'épaulement 44. Bes rondelles 38, 39 sont situées de part et d'autre de cet épaulement dont l'épaisseur est à peu près égale à celle de l'âme de la traverse 32. Les ressorts 36 et 37 sont précontraints au montage. On voit donc que lorsque l'infrastructure est séparée de la super structure, l'écartement des caissons de choc est parfaitement bien défini puisque par l'effet des ressorts précontraints 36, 37 l'âme 32avient se positionner exactement au niveau de l'épaulement 44. Par tailleurs, les caissons de choc ne peuvent pas pivoter autour de leur crapaudine du fait de l'encastrement réalisé aux deux extrémités par les longrines 31 dans les trous 33. Lorsqu'on met en place la superstructure sur l'infrastructure l'écartement entre les caissons de choc est modifié en fonction de la longueur de la superstructure par écrasement des ressorts 36 dans le cas d'un allongement de l'infrastructure et des ressorts 37 dans le cas d'un rétrécissement de l'infrastructure. Cet agencement constitue donc un mode de réalisation plus élaboré, particulièrement avantageux et intéressant. D'autres réalisations sont par ailleurs possibles en restant dans le cadre de l'invention. Par exemple - dans le cas de wagons à superstructures fixes on peut utiliser le montage prévu dans l'exemple de la Fig. 9 en supprimant les ressorts - dans le cas de wagons à superstructure s amovibles on peut transmettre le couple de basculement du caisson de choc par au moins deux biellettes formant un parallèlogramme et pivotant autour de deux axes solidaires d'unelongrine et de deux axes solidaires du caisson dans un plan longitu dinal; ; - dans tous les cas on peut prévoir une possibilité de déplacement du bâti longitudinal par rapport au deuxième caisson de choc à condition que dans le cas des wagons à superstructure fixe il y ait au moins un ressort entre l'un des caissons de choc et le bâti et que dans le cas des wagons à superstructure amovible il y ait de chaque côté au moins un ressort et un dispositif de transmission du moment de basculement du caisson de choc. I1 est à noter que les deux premiers exemples décrits ci-dessus ne sont applicables qu'à des wagons à superstructure fixe alors que les deux autres exemples représentés aux Fig. 7, 8 et 9 peuvent être appliqués aux wagons à superstructure amovible. - REVENDICATIONS l - Infrastructure de véhicule ferroviaire, du type comprenant deux caissons de choc portés par des dispositifs de roulement et reliés par au moins un élément longitudinal de longueur réglable, caractérisée en ce que le ou chaque élément longitudinal est relié à au moins l'un des caissons de choc par un dispositif de liaison autorisant un débattement longitudinal entre l'élément considéré et le caisson de choc, de sorte que l'écartement entre les caissons de choc se modifie en fonction de la longueur de la superstructure. 2 - Infrastructure suivant la revendication l, caractérisée en ce que le ou chaque élément longitudinal est suspendu à un caisson de choc par l'intermédiaire d'au moins une biellette à axes d'articulation transversaux par rapport à la direction longitudinale du châssis. 3 - Infrastructure suivant l'une quelconque des revendications l et 2, caractérisée en ce que le ou chaque élément longitudinal est relié à un caisson de choc par au moins un jeu de biellettes formant un parallélogramme contenu dans un plan parallèle à l'axe longitudinal du châssis et destinées à empêcher le basculement du caisson de choc autour d'un axe transversal. 5 - Infrastructure suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le ou chaque élément longitudinal est suspendu à un caisson ce choc par l'intermédiaire d'au moins un organe élastique, tel qu'un ressort à lame par exemple. 5 - Infrastructure suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le ou chaque élément longitudinal est relié à un caisson de choc par l'intermédiaire d'au moins deux organes élastiques situés verticalement à des niveaux différents. 6 - Infrastructure suivant l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisée en ce que les organes élastiques sont des plots en élastomère. 7 - Infrastructure suivant la revendication I,caractérisée en ce que le ou chaque élément longitudinal et le caisson de choc comportent des moyens de guidage complémentaires, assurant un guidage relatif parallèlement à la direction longitudinale du châssis. 8 - Infrastructure suivant la revendication 7, caractérisée en ce que le châssis comporte deux longrines parallèles reçues à une extrémité dans des l-zgements de guidage d'un caisson de choc. 9 - Infrastructure suivant ltune quelconque des revendications 3, 7 et 8, caractérisée en ce que des organes élastiques de rappel sont prévus qui tendent à ramener le ou chaque élément longitudinal vers une position moyenne. 10 - Infrastructure suivant la revendication 9, caractérisée en ce que le châssis comporte près du dispositif de liaison au caisson de choc une traverse de part et d'autre de laquelle sont disposés au moins deux ressorts coaxiaux d'axe parallèle à la direction longitudinale du châssis, qui prennent appui, d'une part sur deux surfaces rendues solidaires du caisson de choc et, d'autre part, sur deux surfaces mobiles disposées de part et d'autre de la traverse du châssis et dont l'une ou l'autre est entrafnée par la traverse du châssis selon que le châssis se déplace d'un côté ou de l'autre de sa position moyenne par rapport au caisson de choc. ll - Infrastructure suivant la revendication 10, caractérisée en ce que les deux ressorts entourent un tirant solidaire du caisson de choc présentant en son milieu un épaulement qui passe dans un orifice de la traverse, de dimensions légèrement plus grandes que celles de l'épaulement, les surfaces fixes d'appui des ressorts étant solidaires des extrémités du tirant et les surfaces mobiles pouvant coulisser sur le tirant de part et d'autre de l'épaulement qui leur sert de butée. 12 - Véhicule ferroviaire, tel qu'un wagon dit "monocoque", comprenant une infrastructure et une superstructure, caractérisé en ce que l'infrå- structure est réalisée suivant l'une quelconque des revendications précédentes.