Brevet FR2507987A1 — publié le 19821224

La présente invention se rapporte à un dispositif assurant la suspension verticale du chassis d'un bogie et la liaison longitudinale et transversale de chaque boite et dudit châssis dans un bogie ferroviaire moteur ou porteur. Dans une suspension de bogie, il faut prévoir une élasticité dans le sens vertical entre le châssis de bogie et chaque boite d'essieu Il faut par ailleurs que chaque boite d'essieu soit guidée par rapport au châssis, longitudinalement et transversalement. On connatt différents types de bogie dans lesquels des plots élastiques sont montés entre le chtssis de bogie et chaque boite d'essieu Dans certains bogies, la suspension et la liaison entre le châssis et chaque boite d'essieu sont réalisées uniquement à l'aide de plots en e mère encadrant cette boite d'essieu Chaque plot élastique est logé entre deux faces d'appui parallèles et faiblement inclinées par rapport à la ver- ticale Les plots sont disposés deux à deux en dièdres dont les plans bis- secteurs sort verticaux, cette disposition permettant de supporter une char- ge verticale en contraintes combinés de compression et cisaillement La ri- gidité suivant le sens vertical n'est pas négligeable. Sur d'autres bogies, des ressorts hélicoldaux destinés à assurer la sus- pension verticale sont associés à des plots en élastomère assurant les liai- sons élastiques Sur certains bogies chaque plot en élastomère est logé entre deux faces d'appui parallèles et faiblement inclinées par rapport à la ver- ticale Ces plots élastiques sont disposés deux à deux en dièdres dont les plans bissecteurs sont verticaux de manière que les charges verticales soient supportées en contraintes combinées de compression et cisaillement Les plots en élastomère sont montés en parallèle avec les ressorts de suspension ver- ticale Cet agencement perturbe le fonctionnement en particulier aux solli- citations à fréquences élevées Li Sur d'autres bogies la suspension et la liaison entre le châssis et la boite d'essieu sont réalisées par un ressort hélicoldal et des plots élas- tiques qui encadrent la boite d'essieu Chaque plot élastique est logé entre deux faces d'appui verticales et le matériau élastomère est précontraint par écrasement Sous l'effet du fluage la précontrainte diminue dans le temps. La présente invention a pour objet un dispositif assurant ta suspension verticale d'un chûssis de bogie et la liaison longitudinale et transversale de chaque boite d'essieu et capable de procurer, sans perturber la suspen- sion verticale, une certaine élasticité radiale et axiale de l'essieu Ce dispositif utilise des plots -en matériau élastomère qui sont précontraints de manière telle que la précontrainte n'évolue ni dans le temps ni au cours desowillations de la suspension De ce fait les caractéristiques de guida- ge sont constantes et indépendantes du fluage du matériau et la dynamique verticale de la suspension n'est pas modifiée Cette dynamique est cependant modifiable par construction de par le choix des caractéristiques des élastomères utilisés. Le dispositif selon l'invention comporte deux ressorts de suspension verticale par lesquels le châssis de bogie s'appuie sur la boite d'essieu en créant un couple de rotation sur cette boite et comporte deux liaisons élastiques montées écartées en altitude entre le ch 9 ssis et la boite d'es- sieu de manière à être comprimées lorsque la boite d'essieu tend à tourner sous l'action du couple de rotation Il est essentiellement caractéri Fs par le fait que le couple de rotation est donné par deux ressorts de suspension de type ressort hélicoïdal qui sont montés de part et d'autre du plan ver- tical passant par l'axe d'essieu et par le fait que chaque liaison élasti- que est constituée d'au moins un plot élastique formant une pièce monobloc dont les sections droites terminales sont fixées à une face d'appui du ch As- sis de bogie et à une face d'appui de la boite d'essieu de manière que'l'ef- fort de compression dû aux ressorts de suspension entratne une rigidité de cisaillement faible dans le sens vertical. Selon une caractéristique de l'invention, les raideurs des deux ressorts et les distances respectives de ces ressorts par rapport au plan vertical passant par l'axe d'essieu sont déterminées de manière que lecouple agissant- sur la boite d'essieu soit sensiblement constant quels que soient les mouve- ments de l'essieu, le produit dela raideur d'un ressort par la distance de ce ressort par rapport audit plan vertical étant sensiblement égal au pro- duit de la raideur de l'autre ressort par la distance de ce ressort par rapport audit plan vertical. L'invention va maintenant Etre décrite avec plus de détails en se ré- férant à un mode réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés. La figure 1 est une vue en élévation du dispositif de suspension et de liaison monté entre le châssis de bogie et une boite d'essieu. La figure 2 représente une coupe selon A-A de la figure 1. Le bogie représenté par les figures 1 et 2 comporte un ch 8 ssis de bo- gie 2 qui est suspendu sur un train roulant comprenant des essieux 1 Cha- que essieu est équipé de deux boites d'essieu 3 La suspension verticale associée à chaque boite d'essieu est assurée par deux ressorts de suspen- sion verticale 4 et 9 du type ressorts hélicotdaux en acier Chaque ressort hélicoïdal 4 ou 9 peut âtre constitué soit d'un seul ressort soit de plu- sieurs ressorts montés coaxialement Chaque ressort hélicoldal 4 ou 9 est monté verticalement entre le châssis de bogie et la boite d'essieu Les deu: ressorts sont montés de part et d'autre du plan vertical 8 passant par l'a- xe d'essieu. Le ressort 4 est logé de manière à être comprimé entre une portée supé rieure horizontale 21 du châssis et une portée inférieure horizontale 31 mé. nagée sur la console 32 de la boite d'essieu L'axe vertical 41 de ce resso: -4 est décalé du plan vertical 8 d'une distance non nulle L 1 Le deuxième re* sort 9 est logé de manière à Etre comprimé entre une portée supérieure hori. zontale 22 du châssis et une portée inférieure horizontale 33 ménagée sur 11 console 34 de la boite d'essieu L'axe vertical 91 de ce ressort 9 est déca. plan lé par rapport/au vertical 8 d'une distance non nulle L 2 Le positionnement des ressorts 4 et 9 par rapport au plan vertical 8 passant par l'axe d'essiu est tel que le corps de la boite d'essieu est soumis à deux forces F et F 1 2 situées à des distances respectives LI et L 2 du plan vertical 8 et est soum: de ce fait à un couple de rotation positif C = Fi Li F 2 L 2 Pour que ce couple C reste constant au cours des oscillations verticales de l'essieu les raideurs K 1 du ressort 4 et K 2 du ressort 9 doivent répondre à la rela- tion: K 1 L 1 K 2 L 2 La boite d'essieu est liée au ch Issis de bogie par des liaisons élasti. ques 5 et 6 qui sont constituées chacune de préférence par deux plots élas- tiques La liaison élastique 5 est constituée par les deux plots élastiques 51, 52, la liaison élastique 6 étant constituée par les deux plots 61, 62 l liaison élastique 5 et la liaison élastique-6 sont montées écartées en alti. tude pour équilibrer le couple appliqué à la boite d'essieu. La liaison élastique supérieure constituée par les plots élastiques 51 et 52 est située du côté du ressort 4 et de la résultante des forces F 1, F 2 par rapport au plan vertical 8 passant par l'axe 11 de l'essieu Elle est située au-dessus du plan horizontal 7 passant par l'axe 11 de révolution de l'essieu, entre le plan vertical passant par l'axe du ressort hélicoïdal 4 et le plan vertical 8 passant par cet axe 11 La liaison élastique inférieu re formée par les plots 61 62 est située du côté du ressort 9 par rapport au plan vertical 8 passant par l'a>e de liessieu La liaison élastique 5 constituée par les plots élastiques inférieurs 61 et 62 sonc situées de pari et d'autre du plan vertical 8 par l'axe de révolution de l'essieu et égale- ment de part et d'autre du plan horizontal 7. Chaque plot élastique a une forme prismatique ou cylindrique dont les sections droites terminales sont parallèles et fixées respectivement contre une face d'appui de la boite d'essieu et une face d'appui du châssis de bo- gie. Ainsi les plots 51 et 52 sont enserrés respectivement entre des faces d'appui 351 et 352 de la boite d'essieu qui font face au ressort 4 et des faces d'appui 251 et 252 opposées qui sont ménagées sur le châssis de bogie. Les plots inférieurs 61 et 62 sont enserrés respectivement entre des faces d'appui 361 et 362 de la boite d'essieu et des faces d'appui 261 et 262 op- posées, ménagées sur le châssis de bogie Les deux faces d'appui de chaque plot élastique sont sensiblement verticales. Les faces d'appui supérieures 351, 352 de la boite relative à la liai- son supérieure sont orientées du côté de la résultante des forces F 1 et F 1 2- Les faces d'appui inférieures 361, 362 de la boite sont tournées du c 8 tétop- posé à cette résultante;Les faces d'appui de la boite d'essieu 351, 352 et 361, 362 sont ainsi en opposition Du fait de leur disposition, les plots élastiques sont comprimés lorsque la boite d'essieu tend à pivoter sous l'ac- tion du couple appliqué par les ressorts 4 et 5. Chaque plot élastique 51, 52, 61, 62 constitue une pièce monobloc capa- ble de supporter, sans possibilité de séparation, de glissement ou frotte- ment de ses parties constitutives, un effort de traction, compression ou cisaillement ou un effort combiné appliqué entre ses sections terminales qui sont fixées sans possibilité de séparation, de glissement, respective- ment à une face d'appui de la boite d'essieu et à une face d'appui du châs- sis de bogie Les sections terminales de préférence planes sont consti- tuées par des plaques métalliques rigides adhérées au matériau élastomère ou caoutchouc et immobilisées respectivement contre les faces d'appui de la boite d'essieu et du châssis de bogie Chaque plot élastique comprend entre les plaques métalliques d'extrémité un matériau élastomère Il peut être constitué par une structure en sandwich ou feuilletée réalisée par des plaques en élastomère et dles plaques métalliques disposées alternativement, les plaques en matériau élastomère étant adhérées aux plaques métalliques intercalaires. Les faces d'appui des plots en élastomère sur la boite d'essieu et le châssis de bogie peuvent être disposées selon l'une des différentes dis- positions actuellement connues en fonction des performances requises pour le guidage de la boite-d'essieu et en fonction du type de bogie Les faces d'appui des plots, soit contre la boite d'essieu soit contre le châssis de bogie, qui sont de préférence planes pourraient néanmoins être constituées par des surfaces cylindriques. Les deux faces d'appui de chaque liaison élastique soit sur le ch 9 ssis de bogie soit sur la boite d'essieu ont une disposition en dièdre comme cela est représenté sur la figure 2 Les deux faces d'appui 251 et 252 sur le ch 9 ssis des deux plots élastiques supérieurs de la liaison élastique supé- rieure et les deux faces d'appui 351 et 352 opposées de la boite d'essieu font alors des dièdres ayant un plan bissecteur commun perpendiculaire à l'axe de révolution de l'essieu De même les deux faces d'appui 261 et 262 sur le châssis des deux plots élastiques inférieurs et les deux faces d'apè pui 361 et 362 opposées sur la boite d'essieu font des dièdres ayant un plan bissecteur commun perpendiculaire à l'axe de révolution de l'essieu Dans ce type de disposition, les plots élastiques 51 et 52 sont montés en che- vronsymétriquement par rapport au plan vertical passant par l'axe 41 et perpendiculaire à l'axe de révolution de l'essieu Les plots élastiques inférieurs 61 et 62 sont également montés en chevronsymétriquement par rap- port au plan défini précédemment. Les plots élastiques sont identiques du point de vue des dimensions et du point de vue de la constitution. Le ressort de suspension verticale 4 et les plots élastiques supérieurs 51, 52 sont montés vers l'extérieur du bogie par rapport au plan vertical 8 passant par l'axe de révolution de l'essieu Le ressort de suspension ver- ticale 9 et les plots élastiques inférieurs 61, 62 sont montés versle cen- tre du bogie par rapport à ce même plan vertical 8. Le fonctionnement du dispositif va maintenant 'être décrit ci-dessous. Les ressorts de suspension verticale 4 et 9 exercent sur la boite d'es- sieu un couple C égal à F 1 L 1 F 2 L 2 qui tend à faire tourner la boite d'es- sieu autour de son axe 1 l en comprimant les plots élastiques 51, 52, 61 et 62 Ces plots élastiques sont soumis à un effort de compression P défini par P = C/e, e correspondant à l'écart en altitude entre la liaison élasti- que supérieure et la liaison élastique inférieure Cet effort est indépen- dant des osctl-lations verticales de l'essieu En effet, pour un déplacement vertical h de l'essieu, la force F 1 varie d'une quantité f 1 telle que f 1 = K h et la force F 2 varie d'une quantité f 2 K 2 h La variation du couple sur la boite d'essieu esttelle que d C = f L 1 f 2 L 2 soit d C = K h L K 2 h L 2 =h (KI Lt K 2 LY) Le second facteur de ce produit étant nul par cons- truction, la variation de couple d C est nulle Le couple agissant sur la boite d'essieu est constant et indépendant des mouvements de l'essieu La précontrainte P est donc également constante Les propriétés mécaniques du matériau élastomère des plots 51, 52, 61 et 62 sont telles que l'effort de compression P entratne une rigidité de cisaillement dans le sens vertical - faible mais ajustable suivant la nature de l'élastomère Cette rigidité n'est pas perturbée lors des déplacements verticaux de l'essieu Toutefois cette valeur de rigidité peut être choisie par construction à la valeur souhàa- tée suivant la nature de l'élastomère utilisé En particulier il est possi- ble de choisir une composition de l'élastomère qui assure l'amortissement désiré des effets dynamiques dans le plan veilical. Dans le sens radial de l'essieu, c'est-à-dire dans le sens longitudi- nal matérialisé par la direction 7, les plots élastiques assurent avec une certaine flexibilité, l'entraînement longitudinal de l'essieu Dans le sens axial de l'essieu, cest-à-dire parallèlement à l'axe de révolution 11, les plots élastiques assurent avec une certaine flexibilité, le guidage latéral ou transversal de l'essieu. Il est bien entendu que l'on peut sans smrtir du cadre de l'invention imaginer des variantes et des perfectionnements de détails et de mime envi- sager l'emploi de moyens équivalents. REVENDICATIONS 1. Dispositif de suspension et de liaison d'un châssis de bogie ( 2) à une boite d'essieu ( 3) comprenant un ressort ( 4) de suspension verticale par lequel le châssis de bogie s'appuie sur la boite d'essieu en créant un couple de rotation sur cette boite et comprenant deux liaisons ( 5), ( 6), montées écartées en altitude entre le châssis de bogie et la boite d'essieu de manière à etre comprimées lorsque la boite d'essieu tend à tour- ner sous l'action du couplede rotation, caractérisé par le fait que ledit couple de rotation est donné par deux res- sorts de suspension ( 4), ( 9), de type ressort hélicoïdal, montés de part et d'autre du plan vertical ( 8) passant par l'axe d'essieu, et que chaque liai- son est constituée d'au moins un plot élastique ( 51,52) ( 61,62) formant une pièce monobloc dont les sections terminales sont fixées à une face d'appui ( 251,252) ( 261,262) du châssis de bogie et à une face d'appui ( 351,352) ( 361,362) de la boite d'essieu de manière-que l'effort de compression dû aux ressorts de suspension ( 4) ( 9) entraine une rigidité de cisaillement faible dans le sens vertical. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait queles raideurs 'K, K 2 des deux ressorts ( 4) et ( 9) et les distances L 1, L 2 respectivement de ces ressorts par rapport au plan vertical passant par l'axe d'essieu sont déterminées de manière que le coupli agissant sur la boite d'essieu soit sensiblement constant et indépendant des mouvements verticaux de l'essieu, le produit de la raideur K du ressort ( 4) par la distance L 1 de ce ressort par rapport au plan vertical passant par l'axe del'essieu étant sensiblement égal au produit dela raideur K 2 du res- sort ( 9) par la distance L 2 de ce ressort par rapport audit plan vertical. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les liaisons ( 5 6) sont disposées de part et d'autre du plan vertical passant par l'axe ( 11) d'essieu. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que les liaisons élastiques ( 5 6) sont disposées de part et d'autre du plan horizontal passant par l'axe ( 11) d'essieu. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les deux faces d'appui ( 251, 351, 252, 352, 261, 361, 262, 362) de chaque plot élastique respectivement sur le châssis de bogie et sur la boite d'essieu sont sensiblement verticales. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que les plots supérieurs ( 51, 52) et les plots infé- rieurs ( 61, 62) sont montés de préférence symétriquement par rapport à l'axe ( 11) d'essieu. 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la liaison élastique supérieure ( 51, 52) est montée du c 8 té de la résultante des forces agissant sur les ressorts par rapport au plan vertical ( 8) passant par l'axe de l'essieu. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les faces d'appui ( 251, 252, 351, 352, 261, 262, 361, 362) des liaisons élastiques sur la boite d'essieu et sur le châssis de bogie forment des dièdres dont les plans bissecteurs sont perpendiculai- res à l'axe ( 11) d'essieu.