Brevet FR2316482A1 — publié le 19770128

La présente invention concerne des amortisseurs capables d'absorber une grande quantité énergie, par exemple, des amortisseurs destinés à être utilisés dans les dispositifs dat- telage automatique des véhicules ferroviaires. Elle concerne plus particulièrement un élément déformable approprié pour être utilisé dans les amortisseurs du type en question, qui possède une raideur prédéterminée, dont la caractéristique contrainte/allongement est sensiblement linéaire et qui, à chaque cycle de déformation, dissipe une grande proportion de 1 énergie emmagasinée. Ainsi qu'il est déjà connu dans de nombreuses applications et, plus particulièrement dans les dispositifs d'attelage automatique des véhicules ferroviaires, on fait usage d'amortisseurs capables d'absorberdeschocs représentant une grande quantité d'énergie,et de dissiper partiellement cette énergie pendant les cycles de fonctionnement. Ces amortisseurs peuvent être composés de plusieurs éléments déformables eux-mêmes constitués par des pièces métalliques déformables (par exemple des ressorts) ou par des blocs d'une matière possédant des caractéristiques plasto-élastiques (par exemple un élastomère).Dans le premier cas, les pièces métalliques déformables présentent une médiocre caractéristique de dissipation de l'énergie ; au- trement, si lton a recours aux phénomènes de friction, ces éléments déformables présentent d'autres inconvénients (tels que l'usure et l'instabilité de leurs divers organes constitutifs). Au contraire, dans le dernier cas, il est difficile d'obtenir la raideur désirée dans des limites de dimensions acceptables, en raison de la grande déformabilité de la matière utilisée. I1 est également connu qu'il existe des dispositifs amortisseurs comprenant des pièces ou blocs déformables de l'un des types mentionnés ( ressorts et éléments en une matière possédant des caractéristiques plasto-élastiques) associées à des amortisseurs hydrauliques proprement dits, dans lesquels l'effet d'amortissement est obtenu par laminage d'un fluide, par exemple d'luile, à travers des orifices appropriés. Les dispositifs amortisseurs de ce type sont beaucoup plus compliqués et par conséquent beaucoup plus délicats et coûteux. Le but de l'invention est de réaliser un élément déformable pour amortisseur qui soit capable à la fois absorber des chocs de grande énergie et de dissiper une partie importante de l'énergie de ces chocs. Un autre but de l'invention est de réaliser un élément déformable possédant des dimensions limites réduites et une structure très simple et compacte. Un autre but de l'invention est de réaliser un élément déformable qui possède une carctéristique contrainte-allongement sensiblement linéaire. Suivant l'invention, ltélément déformable pour amortisseur, notamment pour dispositif d'attelage automatique de véhicule ferroviaire, se caractérise en ce qu'il est composé d'un bloc fait d'une matière déformable et d'au moins une pièce métallique, par exemple une fil métallique enroulé en hélice cylindrique et entièrement noyé dans la matière dudit bloc déformable, l'agencement étant tel que la pièce métallique en question puisse s'opposer positivement aux déformations radiales du bloc de la matière déformable lorsque le bloc doit absorber une force de compression parallèle à l'axe de ce bloc et de manière que, sous l'effet de cette force, la pièce métallique se déforme en exerçant une pression sur le bloc déformable et en imprimant à ce dernier une déformation en torsion sensiblement autour de son axe En d'autres termes, étant donné que la matière du bloc peut être considérée comme pratiquement incompressible, son raccourcissement est obligatoirement accompagné d'un accroissement de sa section. La fonction de la pièce métallique consiste à exiger qu'unie certaine pression intérieure se manifeste et à laisser ainsi l'élément se déformer dans la direction longitudinale. Cette pression qui dilate la pièce métallique,s'ajoute à la contrainte de compression unitaire nécessaire pour déformer le seul bloc de matière déformable dans la même mesure, ce qui augmente la raideur de ltensemble. Un exemple de réalisatinn de l'invention sera à présent décrit en se référant aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 est un schéma représentant le mode d'utilisation de l'élément déformable suivant l'invention La figure 2 est une vue en perspective avec arrachement partiel de l'élément déformable Les figures 3 à 8 sont des coupes longitudinales d'eléments déformables correspondant à diverses formes de réalisation de l'invention La figure 9 est un graphique représentant les diagrammes statiques de divers éléments déformables réalisés suivant l'invention, ces diagrammes montrant la boucle dthystérésis obtenue. Dans l'exemple représenté sur les figures 7 et 2, un amortisseur est composé de plusieurs éléments déformables 1 montés en série entre une plaque mobile 2 et une plaque fixe 3, la plaque mobile recevant une force F dont l'origine est, par exemple le choc d'une masse qui est arrêtée par des éléments solidaires de ladite plaque. L'organe selon l'invention est composé d'un bloc de matière déformable 4 (figure 2) et d'au moins une pièce métallique de forme appropriée, constituée par exemple par un fil métallique enroulé en une hélice cylindrique et entièrement noyé dans la matière du bloc déformable. Ce bloc déformable peut être composé de n'importe quelle matière déformable, de préférence d'une matière possédant des caractéristique plasto-élastiques, c'està-dire une matière appropriée pour dissiper l'énergie en se déformant. On peut citer comme matières appropriées les élastomères, les matières plastiques et les caoutchoucs naturels et synthétiques. La pièce métallique 5 est composée d'au moins un système élastique approprié pour résister à une pression intérieure en se déformant dans une mesure calculée pour donner la raideur voulue au bloc, par exemple, un ressort hélicoïdal formé d'un fil possédant une section droite quelconque. La pièce métallique 5 est coaxiale au bloc 4 et ses dimensions sont telles, quelle se trouve à la périphérie de ce bloc 4. De toute façon, tout élément déformable 7 dont la pièce ou les pièces métalliques 5 sont situées dans une position intermédiaire à l'intérieur du bloc déformable,font partie du domaine de l'invention. Dans ces conditions, la pièce métallique 5 forme une enveloppe autour du bloc 4 et elle est appropriée pour s'opposer aux déformations radiales de ce bloc. La pièce métallique 5 peut avantageusement comprendre deux ressorts 6 identiques(figure 4) possédant le mêmediamètre primitif, et qui s'appuient l'un sur l'autre dans le plan médian perpendiculaire à l'axe du bloc déformable 4 ; ces deux ressorts peuvent être de pas opposés. En variante, la pièce métallique peut comprendre deux ressorts hélicoidaux coaxiaux 7, 8 (figure 5) possédant des diamètres primitifs différents de manière qu'un ressort puisse se loger entièrement à l'intérieur de autre. Dans une autre forme de réalisation (figure 6), chaque ressort 7, 8 est divisé en deux parties au niveau du plan médian orthogonal à l'axe de ltélément 4. Le sens d'enroulement de l'hélice des ressorts incorporés dans une moitié de l'élément est inverse du sens de l'enroulement de l'hélice des ressorts incorporés dans l'autre moitié de l'élément. La section droite du fil de chaque ressort, qui est supposée circulaire dans les formes de réalisation décrites plus haut, peut être de n'importe quelle forme ; par exemple, dans le cas de la forme de réalisation de la figure 7, dont la structure correspond à celle de la figure 5, la section des ressorts 7, 8 est une figure plane à côtés rectilignes en particulier, les deux facettes 9 du ressort 7 épousent les deux facettes 10 du ressort 8. En outre, le bloc déformable 4 peut être percé d'un trou axial 17 (figure 8) approprié pour contenir une tige rectiligne sur laquelle-on peut éventuellement empiler plusieurs éléments déformables. Le fonctionnement de l'élément déformable selon l'inven- tion est le suivant On suppose qu'un tel élément fait partie d'un amortisseur correspondant au croquis de la figure 1 et que ce dernier doit absorber une force axiale F due, par exemple à un effet dynamique (choc) Des forces axiales sont alors transmises entre les surfaces de la plaque mobile 2 et de la plaque fixe 3 et également entre les surfaces adjacentes des éléments 1 successifs. Sous l'effet de ces forces, le bloc déformable 4 de chaque élément travaille sensiblement a la compression et se déforme axialement. Simultanément avec cette déformation axiale, il se produit également une déformation radiale, puisque le bloc déformable ne peut subir qu'une variation de volume négligeable. Pendant cette déformation axiale, les ressorts 6, 7, 8 résistent aux déformations, en exerçant ainsi sur le bloc déformable une pression qui se traduit par un accroissement de la rigidité de ltélément. En l'absence des ressorts, le bloc se déformerait autant sous l'action de charges extérieures beaucoup plus faibles,ce qui revient à dire que, grâce à leur effet de retenue radiale, ces ressorts accroissent la capacité de charge et la raideur du bloc déformable.Sous l'effet de la déformation axiale du ressort d'un élément, ce dernier tend, ainsi qu'il est connu,ààse déformer radialement, ce qui accroît le diamètre primitif de chaque spire et, étant donné que ce ressort est d'une seule pièce avec le bloc déformable 4, il est évident que, pendant la déformation axiale de l'élément, le bloc en entier se tord sensiblement autour de son axe, cette torsion étant provoquée par la déformation radiale du ressort. Cette déformation torsionneile qui est transmise au bloc déformable 4, simultanément avec la déformation axiale, contribue à accroître l'état de contrainte de ce bloc 4 et, par conséquent, à accroître la raideur de l'élément. En outre, la pression hydrostatique développée par la pièce métallique tend à accroître le module d'élasticité du bloc déformable (ce qui constitue un phénomène bien connu) et cet effet détermine également un accroissement de la raideur. La déformation torsionnelle élastique de l'élément varie suivant que le ressort (ou les ressorts) a la même longueur que le bloc déformable 4 (formes de réalisation des figures 2, 3, 5 et 7) ou une longueur égale à la moitié de celle du bloc (formes de réalisation des figures 4 et 6). En effet, dans le premier cas, chacune des parties de ltélément déformable subit la même torsion élémentaire et, par conséquent, les faces terminales de ltélément tendent à tourner l'une par rapport à llau- tre d'un angle égal à la somme des torsions élémentaires.Au contraire, dans le dernier cas, et du fait que les ressorts noyés respectivement dans les deux moitiés de l'élément sont enroulés l'un en sens inverse de ltautre, ils impriment des torsions opposées aux deux moitiés de l'élément de sorte que l'angle net de torsion de l'une des faces terminales de ltélé- ment par rapport à l'autre est nul, tandis que 11 angle de torsion présente une valeur maximum entre chacune des faces terminales et le plan central de l'élément, dans lequel les ressorts sont en appui l'un sur l'autre. L'élément déformable selon l'invention s'est révélé être d'une très haute capacité de charge et dtune très grande raideur. En outre, l'aptitude de cet élément à dissiper l'énergie élastique qu'il a accumulée (hystérésis) ést également très élevée. La caractéristique élastique (diagramme contrainte-allon- gement) du bloc est sensiblement linéaire. Finalement, toutes les caractéristiques favorables énumérées ci-dessus peuvent être obtenues dans une condition simple, très compacte et très peu encombrante. Ces propriétés de l'élément selon l'invention sont révélées par des essais. Les résultats de certains de ces essais sont indiqués par la figure 9, qui montre les boucles d'hystérésis statique obtenues sur des blocs déformables et éléments de différents types. Ainsi qu'il est bien connu, chaque boucle est définie par une courbe fermée dont la surface intérieure est proportionnelle à l'énergie dissipée pendant le parcours de cette boucle et dont les deux branches représentent respectivement les courbes contrante-allongement pendant la phase d'application de la charge et la phase d'élimination de la charge sur ltélément ou bloc. Le tracé de boucle correspond à des essais exécutés sur des blocs déformables cylindriques (tels que le bloc déformable 4 des figures 2 et 3) qui ne comportent pas de ressorts incorporés et qui possèdent les mêmes dimensions et un rapport diamètre/hauteur égal à 1. La raideur et la capacité de charge sont considérablement augmentées dans l'élément selon l'invention (diagramme b, qui est obtenu avec un bloc déformable analogue au précédent, mais dans lequel est incorporé un ressort),tandis que la caractéristique élastique devient sensiblement linéaire. L'énergie dissipée (surface intérieure du diagramme) est également grande et, il en résulte que la capacité d'amortissement est également grande. Cet accroissement notable des valeurs des caractéristiques en question qui peut être obtenu dans l'élément selon l'invention,dépend de nombreux facteurs. La raideur et la capacité de charge croissent, non seulement parce que les valeurs de ces paramètres du bloc déformable et du ressort s'ajoutent mutuellement, mais parce que, grâce à l'incorporation du ressort dans le bloc, celui-ci peut supporter efficacement la charge. En réalité, si un ressort est incorporé de cette façon dans le bloc déformable, il s'oppose positivement à la déformation radiale de ce bloc et, en même temps, il oblige ce dernier à travailler en torsion. D'un autre côté, la déformation du ressort est sensiblement affectée par la présence de la matière du bloc déformable dans lequel il est noyé puisqu'il ne peut se déformer que si la matière de ce bloc déformable fléchit également. Ces influences mutuelles du ressort sur le bloc déformable et vice versa constituent la cause de l'accroissement des valeurs des caractéristiques mentionnées précédemment. Lut énergie dissipée dans chaque boucle est-élevée parce que l'élément se déforme non seulement axialement mais également en torsion. La caractéristique élastique sensiblement linéaire de ces éléments rend ces derniers particulièrement bien appropriés pour être utilisés dans des amortisseurs pour attelages automatiques de véhicules ferroviaires. il est évident que l'élément décrit ci-dessus peut être utilisé dans nrimporte quel amortisseur qui doit absorber une force. REVENDICATIONS 1.- Elément déformable pour amortisseur, notamment pour amortisseur d'attelage automatique de véhicule ferroviaire, caractérisé en ce qutil est composé dtun bloc de matière déformable et d'au moins une pièce métallique, par exemple un fil mé métallique enroulé en hélice cylindrique et entièrement noyé dans la matière du bloc déformable de manière à s'opposer sensiblement à la déformation radiale du bloc de matière déformable lorsque ltélément doit résister à une force de compression orientée suivant son axe et de manière que, sous l'effet de cette force, la pièce métallique se déforme en exerçant une pression sur le bloc déformable et en imprimant à ce bloc une déformation en torsion sensiblement autour de son axe. 2.- Elément déformable selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière du bloc de matière déformable est un élastomère. 3.- Elément déformable selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière dudit bloc de matière déformable est une matière plastique. 4.- Elément déformable selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend deux pièces métalliques dont chacune est enroulée en hélice cylindrique, les diamètres primitifs des hélices des deux pièces en question étant sensiblement égaux et la longueur de l'hélice formée par chaque pièce métallique enroulée étant sensiblement égale à la moitié de la longueur axiale dudit bloc de matière déformable. 5.- Elément déformable selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte deux pièces métalliques dont chacune est enroulée en hélice cylindrique, les diamètres primitifs des hélices des pièces métalliques en question étant différents, de sorte que l'une de ces pièces est enroulée à l'intérieur de l'autre. 6.- Elément déformable selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section de ladite pièce métallique, prise dans un plan perpendiculaire à l'axe de cette pièce est un cercle. 7.- Elément déformable suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la section de ladite pièce métallique, prise dans un plan perpendiculaire a l'axe de cette pièce est une figure géométrique à côtés rectilignes.