Brevet FR2310891A1 — publié le 19761210

L'invention est relative à un essieu mont léger, pour véhicules ferroviaires, qui est constitué d'un essieu-axe, de deux roues emmanchées chacune sur un siège de l'essieu-axe et calées sur ce siège à l'aide d'un adhésif non métallique à deux composants, et éventuellement de bandages également emmanchés sur les roues, le diamètre de chaque siège de l'essieu-axe dépassant l'alésage de la roue correspondante d'une valeur appelée "surdiamètre". Les roues des véhicules ferroviaires doivent être fixées à Pessieu-axe (ou essieu nu) de façon telle que toutes les forces provenant non seulement de la traction, du usinage et du guidage le long des rails mais encore des chocs qui se produisent lors de la marche du véhicule soient transmises avec une sécurité absolue par la liaison d'adhérence entre les roues et ltessieu-axe. Pour parer à tout risque de défaillance dans la fixation entre bandages et corps de roue, les problèmes relatifs à une telle fixation étant encore insuffisamment maîtrisés à l'heure actuelle, on adopte de plus en plus des roues pleines dans lesquelles les bandages et les corps de roue sont réalisés en une seule pièce. Les procédés d'assemblage utilisés d'ordinaire pour fixer les roues à l'essieu-axe sont "l'emmanchement en long" et"l'emmanchement en travers". Dans l'emmanchement en long, on emmanche longitudinalement la roue à la presse sur le siège correspondant de l'essieu-axe, sous l'action d'une force importante, le diamètre de l'alésage de la roue étant légèrement plus petit que celui du siège correspondant, la différence étant appelée ici "surdiamètre". Malgré l'application d'un lubrifiant, la force d'emmanchement nécessaire atteint des valeurs de l'ordre de 70 à 100 tonnes environ, pour des essieux montés normaux de véhicules ferroviaires. En raison du surdiamètre nécessaire ainsi que par suite de l'opération d'emmanchement à la presse, l'essieu-axe et le moyeu de la roue sont soumis à des déformations locales, c'est-à-dire à des dépassements dey imite élastique. Malgré la grandeur des forces d'assemblage et en dépit des contraintes élevées qui en résultent dans l'essieu-axe et le moyeu de roue, il arrive de temps en temps que les roues glissent sur leurs sièges, lorsque les essieux montés sont soumis à de lourdes charges. Ceci modifie l'écart entre les roues d'un même essieu et entraîne un risque considérable de déraillement, au plus tard lors du franchissement d'un aiguillage. La libération d'un tel emmanchement à lapresse n'est possible que très rarement et ne peut se répéter plusieurs fois sans endom mager les surfaces de contact sur l'ess eu-axe et/ou sur l'alésage. Le travail à la presse provoque fréquemment l'apparition de rayures qui nécessitent une rectification de l'essieu-axc ou de la roue. En outre, l'emmanchement des roues et leur séparation à la presse exigent des frais considérables d'usinage et de travail en atelier. Pour l'emmanchement en travers, on chauffe la roue à environ 250"C. Ceci la fait se dilater suffisamment pour que son alésage, qui à la température ambiante était inférieur du surdiamètre au siège de roue, devienne supérieur d'environ 0,2 mrn au diamètre de ce siège. On peut ainsi faire glisser la roue sans effort sur le siège qui lui est destiné. Il est indispensable de mettre rapidement la roue à la position exacte car elle vient très vite se serrer sur son siège, en raison de la transmission de chaleur qui se fait de la roue à l'essieu-axe. L'adhérence est meilleure avec l'emmanchement en travers qu'avec l'emmanchement en long car dans ce cas les deux surfaces en contact sont sèches.L'emmanchement en travers ne connaît pas non plus les déformations liées au travail de la presse, selon l'emmanchement en long. Toutefois, le surdiamètre provoque dans ce cas aussi des tensions radiales et tangentielles élevées,avec éventuellement des franchissements locaux de la limite élastique. La libération d'un assemblage fait par,em- manchement en travers n'est possible qu'à condition d'injecter de l'huile sous pression. Mais même lorsqu'on applique le procédé à huile sous pression, il peut apparaître des rayures sur l'essieu- axe et/ou sur l'alésage du moyeu. Depuis très longtemps déjà, on s'est efforcé d'alléger les essieux montés pour véhicules ferroviaires car c'est en tant que masse non suspendue que le poids de ces essieux agit sur les rails et la superstructure de la voie. Ceci s'applique particulièrement aux véhicules à grande vitesse. Chaque essieu monté doit naturellement pouvoir être freiné dans une mesure suffisante. Cette exigence est à respecter de façon toute spéciale sur des essieux montés destinés à circuler à grande vitesse. Plus la itesse de circulation est élevée, plus le freinage pas sabots soulève de difficultés car l'énergie ciné- tique convertie en chaleur par le freinage passe en très grande partie dans la roue. Celle-ci ne s'échauffe pas alors uniformément mais il se forme un gradient de température qui tombe de l'extérieur à l'intérieur et qui est localement très raide. Il en résulte de tensions thermiques dans la roue qui est déjà soumise à des contraintes élevées sous l'action des forces de fonctionnement normales et des tensions d'assemblage.Pour soulager la roue de ces tensions thermiques, on tend à adopter un freinage à disque mais 1emmanchement à la presse ou par contraction des disques de frein sur des sièges prévus à cet effet sur l'essieu-axe fait appa raite de nouvelles tensions. Il est déjà connu (voir le brevet allemand n" 1.141.308) d'interposer, entre les éléments à assembler d'un essieu monté, une couche mince d'adhésif non métallique dont le pouvoir adhésif est accru par l'effet de l'emmanchement, sous l'action de la température et/ou de la pression. L'invention, qui est relative à un essieu monté léger du genre défini en préambule, a pour but de rendre cet essieu monté tel qu'il ne présente pas les inconvénients évoqués ci-dessus mais qui permette de réaliser un calage particulièrement bon et de simplifier les opérations d'assemblage et de désassemblage. Selon l'invention, ce but est atteint grâce au fait que non seulement les roues, mais aussi des disques de frein sont emmanchés sur des sièges prévus à cet effet sur l'essieu-axe et calés sur ces sièges à l'aide d'un adhésif à deux composants à base de résine époxy. De cette manière, on obtient un essieu monté léger du genre en question qui atteint complètement le but fixé à l'invention. De plus, la résistance au glissement d'un tel siège d'emmanchement à collage est trois à quatre fois plus grande qu'avec des assemblages effectués par emmanchement en long, à surfaces de contact égales. On a constaté avec surprise cet accroissement de la résistance au glissement qui n'était en effet pas prévisible. De plus, selon l'invention, le surdiamètre, c'est-à-dire l'excès du diamètre du siège de roue ou de disque de frein par rapport à l'alésage de la roue ou du disque de frein, est avantageusement compris entre 0,3 et 0,550/oc dudit diamètre. De préférence, l'essieu-axe est alors percé axialement. D'autres prescriptions avantageuses en matière de dimensions seront données ci-après. Pour l'assemblage, on applique le mélange des constituants de l'adhésif sur le siège froid de l'essieu-axe. Puis on fait glisser sur ce siège la roue chauffée à 1500C environ. En se refroidissant, la roue se contacte et se serre sur son siège. La résistance élevée au glissement est due au fait que le durcissement thermique de l'adhésif est provoqué par la chaleur emmagasinée dans la roue et qu'une couche d'adhésif d'épaisseur très uniforme est réalisée par ce procédé d'assemblage. Un avantage supplémentaire résulte de ce procédé d'assemblage. En effet, l'adhésif ne durcit pas dès que la roue a été poussée sur son siège. IlcPmmence par être rendu plus fluide par l'action de la chaleur. L'adhésif se répartit donc uniformément sur toutes les surfaces de contact et agit par surcroit en lubrifiant ou en agent de glissement pendant un certain temps. C'est pourquoi, on peut très facilement rectifier la position axiale des roues sur les essieux-axes, par exemple en frappant de légers coups à l'aide d'une masse entuivre Ceci représente une grande simplification du travail par rapport à l'emmanchement en long selon lequel de-petites corrections relatives à la position des roues sur leur siège ne peuvent être exécutées qu'avec l'intervention de forces considérables.Une telle correction est aussi plus diftcile dans le cas de l'emmanchement en travers. En effet, quand une roue a été emmanchée à chaud en unetosition axiale incorrecte, on peut certes, en injectant de l'huile sous pression, faire glisser la roue sous l'effet de forces peu élevées, mais les surfaces de contact ne sont alors plus sèches. La résistance au glissement tombe à des valeurs du même ordre qu'en cas d'emmanchement en long. Si on veut éviter cet inconvénient, il ne reste aucune autre solution que d'extraire complètement la roue et de la réemmancher à chaud. Tous ces inconvénients disparaissent lorsqu'on utilise le procédé par emmanchement et collage qui a été décrit ci-dessus. Un autre avantage réside dans la facilité avec laquelle peuvent être désassemblées les roues qui ont été ainsi emmanchées et collées. En chauffant le moyeu des roues, par exemple à l'aide d'un brûleur à gaz annulaire, à des températures comprises entre 1200C et 150 C, on ramollit l'adhésif qui agit alors à nouveau en lubrifiant et agent de glissement. il est ainsi possible d'extraire les roues des sièges qui leur sont réservés sur l'essieu-axe à l'aide de forces relativement faibles, de l'ordre de 10 à 20 tonnes. Lors d'une telle extraction, les surfaces de contact restent absolument sans rayure et peuvent être de nouveau adaptées l'une à l'autre sans usinage de rectification. Cet avantage a plus de poids encore avec les essieux montés comportant des disques de frein calés sur leur essieu-axe. En effet, lorsque les disques de frein sont endommagés, il faut extraire les roues avant de pouvoir extraire ou remplacer les disques endommagés. On démonte et remonte donc les roues plus fréquemment qu'avec des essieux montés à freinage par sabots. Un avantage essentiel du procédé d'assemblage à emmanchement et collage, tel qu'il a été défini ci-dessus, résidedrns la diminution du surdiamètre (excès du diamètre du siège de roue par rapport à l'alésage de la roue) qui était jusqu'ici compris entre 1,3 O/oc et 1,90/cl en cas d'emmanchement en long et qui est abaissé à une valeur comprise entre 0,3 /0O et 0,55O/oc avec l'emmanchement à collage conforme à l'invention. il en résulte une diminution des contraintes provenant de l'assemblage; dans le cas de l'emmanchement en long, ces contraintes avoisinent localement la limite d'élasticité et l'invention permet de les réduire à environ 30X de cette valeur (facteur de réduction : 70X). Des essais ont permis de constater que, par suite de cette diminution des tensions, on peut accroître de plus de 25X les contraintes de flexion admissibles dans l'essieu. De plus, on peut considérablement alléger le moyeu des roues par rapport aux conditions imposées par l'emmanchement en long ou en travers. Les avantages du procédé d'emmanchement à collage conforme à l'invention sont particulièrement bien mis à profit lorsqu'on utilise ce procédé pour monter sur ltessieu-axe non seulement les roues, mais encore les disques de frein. d d Tels qu'ils ont été rapportés, les avantages/d'emmanchement à collage résident notamment dans une diminution substantielle de l'état de tension dans l'essieu-axe, dans et sous les sièges de roue. Le même soulagement est obtenu dans et sous les sièges de disque de frein, lorsque les disques de frein sont aussi assemblés par emmanchement à collage. On utilise certes pour cela une autre composition d'adhésif que pour le collage des roues car une plus grande résistance à la chaleur est alors exigée et l'assemblage est sollicité un peu différemment.Mais il s'agit là aussi d'un adhésif à deux composants à base de résine époxy. Enfin, il est aussi possible de construire des essieux-axes creux qui sont durables. On a déjà souvent tenté d'alléger sensiblement les essieux montés à l'aide d'essieux-axes creux. On n'était toutefois pas parvenu jusqu'ici à construire de façon durable des essieux-axes creux de grand diamètre intérieur, c'est-à-dire qui ne comprenaient pas seulement des trous destinés à recevoir une tête de mesure à ultra-sons. Ces tentatlves ont échoué en raison des pré-tensions élevées qui étaient provoquées par le procédé d'assemblage à emmanchement en long ou en travers. Souvent dans ce cas, la contrainte la plus élevée ne se fait pas sentir sur le diamètre extérieur de l'essieu-axe, mais sur le diamètre de l'alé- sage intérieur,au-dessous des roues emmanchées. Ces inconvénients sont éliminés par application du procédé conforme à l'invention. En effet, le soulagement efficace qui est apporté au niveau des sièges des roues et des disques de frein, en ce qui concerne les tensions d'assemblage, est la condition décisive qui permet de rendre durable ltessieu-axe creux. Les dessins annexés illustrent un mode de réalisation de l'invention. La fig.1 montre une partie d'un essieu monté, représenté en coupe à sa moitié supérieure. La fig.2 montre à plus grande échelle l'une des zones d'assemblage de la fig.1. A ses deux extrémités, l'essieu-axe 1 de la fig.1 est muni de deux sièges 2 et 3. Une roue 4 est emmanchéé par son moyeu 5 sur le siège 2 et un disque de frein 6 est emmanché par son moyeu 7 sur le siège 3, avec interposition d'un adhésif non métallique à deux composants. Les creux existant sous les extrémités saillantes des moyeux 5,7 sont remplis par un cordon de matière plastique 8. La fig.2 fait apparaîtredss prescriptions numériques avantageuses en ce qui concerne les dimensions. Le diamètre D du siège 2 ou 3 est supérieur, de 3 à 10% environ, au diamètre courant d de l'essieu-axe 1. Le rayon r du congé établi entre le siège 2 ou 3 et l'essieu-axe 1 est compris entre 5 et12% du diamètre D de ce siège. De plus, le diamètre extérieur Da du moyeu 5 ou 7 est supérieur, d'une valeur comprise entre 20 et 30 mm environ, au diamètre D du siège 2 ou 3. La longueur portante 1 du siège 2 ou 3 est égale à 1,05-1,25 fois le diamètre D du siège 2 ou 3. Chaque moyeu 5 ou 7 dépasse de chaque côté le siège correspondant 2 ou 3,de 5 à 10 mm environ. Enfin, les surfaces extérieures de chaque moyeu 5 ou 7 sont inclinées d'un angle cC compris entre 10 et 30 par rapport à l'axe de l'essieu. REVENDICATIONS 1 - Essieu monté léger, pour véhicules ferroviaires, qui est constitué d'un essieu-axe,de deux roues emmanchées chacune sur un siège de l'essieu-axe et calées sur ce siège à l'aide d'un adhésif non métallique à deux composants, et éventuellement de bandages également emmanchés sur les roues, le diamètre de chaque siège de ltessieu-axe dépassant l'alésage de la roue correspondante drune valeur appelée "surdiamètre", caractérisé en ce que non seulement les roues (4), mais aussi des disques de frein (6) sont emmanchés sur des sièges (2,3) prévus à cet effet sur l'essieu-axe (1) et calés sur ces sièges à l'aide d'un adhésif à deux composants à base de résine époxy. 2 - Essieu monté selon la revendication 1, caractérisé en ce que le surdiamètre, ctest-à-dire l'excès du diamètre (D) du siège de roue ou de disque de frein (2,3) par rapport à l'alésage de la roue (4) ou du disque de frein (6), est compris entre 0,3 et 0,55 O/oc dudit diamètre (D). 3 - Essieu monté selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'essieu-axe (1) est percé axialement. 4 - Essieu monté selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le diamètre (D) du siège (2 ou 3) est supérieur, de 3 à 10% environ, au diamètre courant (d) de l'essieu axe (1). 5 - Essieu monté selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le rayon (r) du congé établi entre le siège (2 ou 3) et l'essieu-axe (1) est compris entre 5 et 12% du diamètre (D) de ce siège. 6 - Essieu monté selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le diamètre extérieur (Da) du moyeu (5 ou 7) est supérieur, d'une valeur comprise entre 20 et 30 mm environ, au diamètre (D) du siège (2 ou 3). 7 - Essieu monté selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la longueur portante (1) du siège (2 ou 3) est égale à 1,05-1,25 fois le diamètre (D) du siège (2 ou 3). 8 - Essieu monté selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque moyeu (5 ou 7) dépasse de chaque côté le siège correspondant (2 ou 3),de 5 à 10 mm environ. 9 - Essieu monté selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les surfaces extérieures de chaque moyeu (5 ou 7) sont inclinées d'un angle compris entre 10 et 30 par rapport à l'axe de l'essieu. 10 - Essieu monté selon l'une quelconque des revendicatons 1 à 9, caractérisé en ce que les creux existant sous les extrémités saillantes des moyeux (5,7) sont remplis par un cordon de matière plastique (8).