Brevet FR2298737A1 — publié le 19760820

La présente invention se rapporte à des perfectionnements au dispositif d'amortissement décrit dans le Brevet NO I .590.701 déposé le 25 Septembre 1968 sous le Ne PV 167.590 au nom de Monsieur André Alfred MALHER8E et depuis lors cédé à la demanderesse. Ce dispositif - destiné à amortir le mouvement oscillatoire relatif de deux corps, dont l'un se déplace par rapport à l'autre alternativement dans 1' un et l'autre sens suivant une course variable d'amplitude limitée en repassant sensiblement par les mimes positions - est remarquable notamment en ce outil est essentiellement constitué d'un bloc de matériau élastomère disposé de me- nière à titre déformé - et notamment pour partie comprimé et pour partie étiré lors du mouvement précité, ce bloc comportant deux cavités étanches emplies de liquide, agencées de manière que leurs volumes varient en sens inverses lors de la déformation du bloc, et reliées par au moins un conduit pourvu de moyens destinés à freiner le transfert du liquide entre lesdites cavités. Ces dispositions permettent la réalisation d'amortisseurs de configurations variées adaptées à des usages divers, dans lesquels l'énergie est dissipée non seulement par le laminage du liquide déplacé mais encore par le frottement interne du matériau élastomère. Tous les éléments du dispositif pouvant Otre enrobés dans le bloc d'élastomère, aucune perte d'étanchéité n'est à crainre, d' autant que l'absence d'ajustages mobiles supprime tout risque d'usure. Le disposé sitif se déformant à volume global constant (puisque le matériau élastomère con- me le liquide est incompressible) est par suite indifférent à la valeur et/ou aux variations de la pression extérieure. Enfin, son fonctionnement est par principe doux et silencieux. Par ailleurs, le conduit reliant les cavités peut être pourvu d'organes d'étranglement réglables, éventuellement shuntés par des organes d'arrêt à plus grande section de passage s' ouvrant pour un sens d'écoulement et/ou une différence de pression prédéterminés. On peut ainsi obtenir un amortissement à simple ou double effet suivant toute loi désirée. C'est dire que le dispositif d'amortissaient décrit dans le Brevet précité s'apparente par sa simplicité de structure et sa facilité d'emploi aux aror- tisseurs classiques du type dit wSilent Block" - dont il possède tous les aventages - mais de surcroit permet d'ajuster et/ou de modifier selon les besoins la loi d'awortisseaent du mouvement oscillatoire qui - toutes choses par ailleurs égales - peut titre de plus forte -plitude relative. La présente invention se rapporte à des perfectionnements au dispositif d'amortissaient objet du Brevet précité, qui visent essentiellement à en sim- plifier la structure et donc la fabrication, à en faciliter la mise sn oeuvre et à en étendre les possibilités d'emploi. En effet, un dispositif selon l'invention pour l'amortissement d'un mouvement oscillatoire est du type général susmentionné, puisqu'il comprend essentiellement un bloc de matériau élastomère disposé pour être déformé par ledit mouvement et pourvu d'au moins deux cavités agences pour que leurs volumes varient inversement lors de ses déformations, ces cavités étant emplies de liquide et reliées par des moyens propres à en freiner le transfert. Mais en outre, un dispositif conforme à la présente invention est caractérisé en ce que les cavités précitées sont constituées par des canaux à paroi inextensible de contour ovale, disposés transversalement à la direction du mouvement et dont les grands axes sont différemment orientés par rapport à ladite direction, de manière que toute déformation du bloc aplatisse l'un et arrondisse l'autre desdits canaux. Ces dispositions tirent profit du fait bien connu que la surface d'une figure plane fermée se déformant à périmètre constant est maximale dans le cas du cercle et diminue d'autant plus qu'elle s'écarte de la forme circulaire. Le choix de canaux à section ovale (c'est à dire ayant la forme générale d'une ellipse) se justifie non seulement par des considérations de commodité de fabrication, mais encore par la quasi-symétrie des variations de la surface d'une telle section lorsque son excentricité crott et décrott dans le même rapport. Les canaux précités peuvent titre rectilignes et parallèles, auquel cas le bloc de matériau élastomère est avantageusement constitué par au moins un profilé élémentaire de section rectangulaire au repos pourvu de couples de ce- naux ovales symétriques et inclinés par rapport à son plan médian transversal, ou bien par un ensempble de tels profilés élémentaires juxtaposés ou solidarisés par exemple pour former une nappe continue. Les canaux précites peuvent aussi bien entre circulaires ou hélicoidaux et coaxiaux et/ou concentriques, auquel cas le bloc de matériau élastomère est avantageusement conformé en cylindre ou manchon pourvu de canaux mutuellement couplés dont les sections respectives et/ou le nombre sont déterminés en fonction de leur éloignement de l'axe commun, suivant lequel s'effectue le mouve- ment à amortir. Un tel bloc peut etre commodément réalisé par enroulement d'un ou plusieurs profilés du type précité. Dans le cas d'un bloc composite formé par un empilement de profilés éle- mentaires superposés ou enroulés, des armatures rigides - par exemple et respectivement des plaques ou manchons métalliques - peuvent entre interposées entre les couches de profilés, afin de répartir les déformations sur l'ensemble de la structure, dont les différents éléments sont avantageusement solidarisés par collage ou vulcanisation pour former un ensemble indissociable constituant une unite operationnelle. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit de plusieurs exemples de mise eç oeuvre non limitatifs illustrés par les dessins annexés, sur lesquels Les Figures 1 et 2 représentent schématiquement un dispositif d'amortissement conforme à l'invention, essentiellement fait d'un profilé en matériau élastomère et vu en coupe transversale, respectivement en positions de repos et de travail; La Figure 3 illustre un exemple d'application de l'invention, à savoir un wagon dont la caisse repose sur le chassies par l'intermédiaire d'un dispositif d'amortissement des chocs au tamponnement constitué par une nappe de profilés du type montré sur les Figures 1 et 2;; Les Figures 4 et 5 sont des vues en coupe partielle de dispositifs d'amour tiss-ent à symétrie respectivement plane et axiale faisant emploi du profilé des Figures 1 et 2; et Les Figures 6 et 7 représentent en coupe axiale, respectivement à l'état de repos et à l'état comprimé, un amortisseur à symétrie axiale constituant un autre exemple de mise an oeuvre de l'invention. Le dispositif d'amortissement achématiquernent représenté an coupe transversale sur les Figures 1 et 2 est destiné à amortir le mouvement oscillatoire relatif - supposé rectiligne alternatif - de deux corps respectivement symbolisés par une surface plane d'assise Ao supposée fixe et une armature mobile Al formée d'une plaque rigide parallèle à ladite surface et supposée se déplacer sensiblement dans son propre plan parallèlement à celui du dessin, selon un mouvement rectiligne alternatif M d'amplitude variable mais limitée. Le dispositif lui-même est essentiellement constitué par un bloc B an matériau élastomère - déformable mais incompressible - interposé entre la surface d'assise Ao et l'armature mobile Al et au sein duquel sont ménagées deux cavités C reliées par un conduit K permettant le transfert d'une fraction du liquide L les emplissant, lorsque leurs volumes respectifs varient inversement par l'effet des déformations imposées au bloc B par le mouvement M de l'an"atu- re mobile. Des moyens d'étranglement N interposés dans le conduit K entravent ce transfert de liquide, de sorte que l'énergie liée au mouvement M peut entre dissipée non seulement par frottement interne au sein du matériau élastomère constituant le bloc B, mais encore par laminage du liquide transféré entre les cavités C à sa traversée des moyens d'étranglement N, dont l'action peut autre adaptée à la loi d'amortissement désirée. Ces dispositions générales sont conformes à l'enseignement du Brevet antérieur cité, dont la présente invention constitue un développement. Selon l'objet propre de la présente invention, le bloc de matériau élastomère B se présente sous la forme d'un profilé pourvu de deux canaux constituant les cavités C et commodément reliés par un conduit K agencé à l'une des extrémités du profilé, l'autre étant obturée ou équipée d'un semblable conduit. Comme le montre la Figure 1, le profilé B présente au repos un contour extérieur rectangulaire correspondant à deux carrés juxtaposés latéralement entre l'assise Ao et l'armature Al (et distingués sur la Figure par un trait tireté soulignant le plan de symétrie du profilé). Lorsque cette armature se déplace dans l'un ou l'autre sens à partir de sa position de repos, ces carrés imaginaires se déforment en losange - en première approximation et comme montré sur la Figure 2 en conservant la même surface, dans l'hypothèse où la hauteur h du profilé resterait invariable et ègale sur toute sa largeur, en conformité avec le mouvement supposé de l'armature Al suivant l'axe i Fig. i) mais dépourvu de toute composante suivant l'axe perpendiculaire i. En fait, et pour des raisons qui apparat- tront clairement ci-après, les déformations du profilé sont nécessairement plus complexes. En effet et selon un aspect essentiel de l'invention, les canaux C sont de section ovale, c'est à dire délimitées par une paroi E de contour sensiblement ellipsotdal, symétriques et inclinés par rapport au plan imaginaire de séparation des carrés susmentionnés - leurs grands axes étant confondus avec deux diagonales concourantes desdits carrés repérées o - et enfin renforcés par une frette ou un fourreau inextensible F qu'enrobe la gomme G constituant le bloc B, de sorte que leur périmètre P reste invariable lors des déformations du bloc, qui ne modifient donc que leur disposition relative et surtout la valeur de la surface de leur section. En plus de détails, et pour l'état de repos montré sur la Figure 1 du dispositif pris comme exemple, les canaux C présentent une section ellipsotdale de demi-axes a = 2,5 cm et b = 1,4 cm correspondant à un périmètre P - 4ncm et une surface S = 3,5flcm2. (Ces valeurs sont bien entendu arbitraires). Lorsque l'armature mobile Al est déplacée dans l'un ou l'autre sens sur une longueur égale à la moitié du cSté d'un carré, comme montré sur la Figure 2 - la section de l'un des canaux C (celui de gauche sur la Figure) devient une ellipse plus aplatie de demi-axes a'= 3,0 cm et b'= 1,0 cm possèdant le mê 2 me périmètre P = 41Tcm mais une moindre surface S' = 3,05Tcm2, - tandis que la section de l'autre canal (celui de droite) est transformée en un cercle de rayon r = 2 cm possèdent toujours le même périmètre P = 4X cm 2 mais une surface accrue S" = 4,0 , valeur maximale possible pour le périmètre considéré. On remarquera que les variations de la surface des sections des canaux sont égales et opposées, aux approximations de calcul près. Cette loi approchée restant vérifiée pour toute déformation du dispositif compatible avec sa géomètrie, la quantité de liquide refoulée de l'un des canaux est donc toujours sensiblement égale à celle appelée par l'autre canal. Le volu me maximal du liquide ainsi transféré correspondant à quelques 15% de la capecité au repos de chaque canal dans l'exemple décrit et illustré, et donc à une faible fraction du volume de la gomme qui l'entoure, les surfaces des losanges ne sont certes pas invariables - cn-e supposé pour commodité - mais leurs variations relatives sont assez faibles pour autre compensées par des déformations locales de la gomme G, de sorte que la géométrie globale du dispositif comme celle du mouvement restent conformes aux lois indiquées. Le transfert équilibré de liquide entre les canaux C ainsi assuré lors des déformations du profilé B peut être utilisé pour superposer à l'effet d'amortissement passif inhérent au matériau élastomère - conditionné par la nature de ce matériau et la géométrie du bloc B, et donc par construction - un effet d'amortissement actif ou externe fondé sur le laminage du liquide dans les moyens d étranglement N, et par suite adaptable à toute loi désirée Ainsi et comme montré sur la Figure 2, le conduit K peut être subdivisé en deux tubes T1,T2 branchés en parallèle, le premier comportant une valve d' étranglement V indifférente au sens d'écoulement du liquide, et le second une valve W à ouverture unidirectionnelle pour une pression différentielle donnée. Bien d'autres combinaisons sont évidemment possibles, comme indiqué dans le Brevet précité. Le dispositif d'amortissement représenté sur les Figures 1 et 2 peut être fabriqué de manière simple et économique, le profilé étant confectionné en continu par exemple par filage, extrusion, laminage ou moulage de la gomme G sur des tubes en textile convenablement formés et positionnés pour délimiter les cavités C, puis muni si besoin est de plaques d'armature rapportées par collage ou vulcanisation, et enfin tronçonné à la demande et équipé de moyens de raccoor- dement à l'une au moins de ses extrémités Les propriétés de ce dispositif - à savoir et essentiellement l'amortis- sement cont; ;rtlàble de tout mouvement en provoquant la déformation par cisaillement transversal, à l'exclusion de tout autre mouvement d'amplitude notable qui modifierait dans le même sens les volumes respectifs des deux cavités - déterminent ses conditions d'emploi et donc ses possibles applications, qui sont fort nombreuses comme le démontreront les exemples décrits ci après. En effet, la simplicité structurale et fonctionnelle du dispositif ou profilé élémentaire et son évidente robustesse autorisent de multiples combinaisons qui - tout en respeo- tant le principe m8ae de l'invention - permettent son adaptation à une grande variété de systèmes cinématiques. Ainsi et par exemple, le wagon couvert 30 représenté très schématiquement sur la Figure 3 comporte plusieurs applications distinctes du dispositif objet de l'invention Ce wagon 30 comprend un chassies 31 de grande longueur, sur lequel repose une caisse fermée 32 supportée - sans préjudice de l'existence de moyens de guidage longitudinal et de limitation de course non représentés - par une nappe 33 de profilés selon l'invention juxtaposés transversalement sur le châssis 31; de la sorte, la caisse 32 peut se déplacer longitudinalement selon un mouvement oscillatoire amorti, par exemple à l'occasion de chocs de tamponnement survenant lors d'opérations de triage ou d'accouplement. Le châssis 31 lui-m & e repose sur un train roulant formé de deux bogies porteurs dont la suspension primaire - à savoir les éléments assurant la liaison et leguidage des boîtes d'essieux par rapport aux longerons des bogies peut être constituée d'amortisseurs 34 conformes à une autre version de l'invention illustrée par la Figure 4. Enfin, le châssis 31 comporte à chacune de ses extrémités comme il se doit des tampons ou un coupleur automatique 35 pouvant autre pourvus d'amortisseurs répondant à encore une autre version de l'invention illustrée par la Figure 5. La Figure 4 illustre schématiquement une structure d'amortisseur conforme à l'invention susceptible d'être utilisée avec avantage pour la réalisation de la suspension primaire 34 du wagon 30 ou pour toute application analogue Cette structure inclut - entre une surface d'assise fixe Ao et une armature mobile Al,- par exemple des portées inclinées respectivement solidaires d' un longeron de bogie et d'une botte d'essieux - plusieurs nappes superposées de profilés selon les Figures 1 et 2 juxtaposés de la manière représentée.Ces nappes sont avantageusement séparées par des plaques rigides P',P" assurant une répartition uniforme des efforts et déformations entre les profilés, et pour ce faire libres de se déplacer parallèlement au mouvement M de l'armature AI, les profilés étant bien entendu solidarisés par collage ou vulcanisation des plaques et armatures. Pour l'application mentionnée, l'ensemble serait avantageusement réalisé comme unité intégrée interchangeable en forme de bloc rhomboèdrique. La Figure 5 illustre schématiquement une autre structure d'amortisseur conforme à l'invention susceptible d'être utilisde avec avantage pour la réalisation des tampons ou du coupleur automatique 35 du wagon 30 de la Figure 3, aussi bien que pour toute application analogue Cette structure est constituée par un même profilé enroulé selon une hélice H d'axe X entre deux tubes rigides T',T"relativement mobiles parallèlement audit axe, selon lequel s'effectue le mouvement M devant être amorti. Bien entendu, plusieurs profilés pourraient être imbriqués avec modification corollaire du pas de l'hélice multiple, ou inversement, des spires superposees de tronçons de profilé raboutés permettraient de réaliser des structures équivalentes.En outre, plusieurs couches concentriques pourraient autre prévues. Dans ce cas encore, l'ensemble pourrait être facilement réalisé sous la forme d'une unité in terchangeable avec de classiques amortisseurs hydrauliques ou oléo-pneumatiques, et a fortiori avec des amortisseurs du type caoutchouo-métal. Les Figures 6 et 7 illustrent enfin un dispositif d'amortissement à syme- trie axiale 40 constituant un autre exemple de mise en oeuvre des principes de l'invention Ce dispositif 40 est formé d'un bloc de gomme 6 enserré entre deux flasques Ao,A1, l'ensemble étant de révolution autour d'un axe Z suivant lequel s' effectue le mouvement à amortir Dans le bloc de gomme sont ménagés trois canaux de section ovale, à savoir un canal extérieur O et deux canaux intérieurs ~ ,0" de moindre section circulaire au repos (Figure 6).Le grand axe du canal extérieur étant parallèle à l'axe Z dans ce mime état, sa section s'arrondit et devient sensiblement circulaire lorsque le dispositif est comprimé (Figure 7) tandis que les canaux 0' ,0" sont aplatis et deviennent ovales. Pour un choix judicieux des sections relatives des canaux, de leur nombre et de leurs distances respectives à l'axe Z, les variations de leurs volumes peuvent être sensiblement opposées et donc assurer le transfert d'une quantité correspondante du liquide les emplissant. Bien entendu1 l'invention n'est nullement limitée aux exemples de réali- sation décrits et illustrés, non plus qu'aux applications indiquées; au contraire, l'invention comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques de ceux décrits et représentés, mis en oeuvre séparément ou en combinaison en vue de toute application dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour l'amortissement d'un mouvement oscillatoire du type comprenant essentiellement un bloc de matériau élastomère disposé pour être déformé par ledit mouvement et pourvu d'au moins deux cavités agencées pour que leurs volumes varient inversement lors de ses déformations, ces cavités étant emplies de liquide et reliées par des moyens propres à en freiner le transfert, caractérisé en ce que lesdites cavités sont constituées par des canaux è paroi inextensible de contour ovale, disposés transversalement à la direction du mouvement et dont les grands axes sont différemment orientés par rapport à ladite direction, de manière que toute déformation du bloc aplatisse l'un et arrondisse l'autre desdits canaux. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc précité est constitué par au moins un profilé élémentaire pourvu d'une paire de canaux parallèles. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le profilé élémentaire précité présente au repos un contour sensiblement rectangulaire et est pourvu de deux canaux latéraux symétriques et inclinés par rapport à son plan médian. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que le bloc précité est constitué par plusieurs profilés élémentaires juxtaposés et/ou superposés pour former une structure intégrale, venue de matière ou bien assemblée par collage ou vulcanisation. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la structure précitée comporte au moins une couche ou nappe de profilés juxtaposés. G. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la structure précitée comporte au moins une pile ou colonne de profilés superposés. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, ca ractérisé en ce qu'il inclut des armatures rigides parallèles au mouvement précité et solidarisées des faces correspondantes du profilé ou de certains au moins des profilés le constituant. 8. Dispositif selon 11 une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est formé d'moins un profilé rectiligne et présente une symétrie plane. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est formé d'au moins un profilé enroulé sur lui-même ou en hélice et présente une symétrie axiale. 10. Dispositif à symétrie axiale selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comporte des cavités annulaires dont le nombre et la section sont fonc- tion de leurs distances respectives à l'axe commun.