Brevet FR2521089A1 — publié le 19830812

Des suspensions à ressorts pneumatiques sont utilisées depuis de nombreuses années sur des véhicules ferroviaires L'une des raisons pour lesquelles il en est ainsi est que les ressorts pneumatiques offrent une plus grande douceur de roulement dans la direction verti- cale et sont plus doux que d'autres types de suspensions comportant des ressorts et des pièces mécaniques. L'un des problèmes posés par les ressorts pneu- matiques est qu'ils peuvent perdre de l'air et s'écraser. Des blocs de caoutchouc sont parfois installés à l'inté- rieur des enveloppes pneumatiques, à une certaine dis- tance déterminée au-dessous de la caisse du véhicule, afin de supporter cette caisse en cas de défaillance des ressorts pneumatiques Cependant, la raideur verticale du bloc de caoutchouc est normalement trop élevée pour limi- ter la déformation totale du système, de sorte qu'aux grandes vitesses, les vibrations du véhicule deviennent intolérables D'autres types de ressorts de secours ont été utilisés en cas de défaillance des ressorts pneumati- ques, mais en général, l'utilisation de tels ressorts de secours entraîne soit un roulement inconfortable pour les passagers du véhicule, soit la nécessité de faire circu- ler le véhicule à une vitesse relativement basse. L'invention a pour objet un ensemble à ressorts de secours perfectionné. L'invention a pour autre objet un ensemble à ressorts de secours perfectionné au moven clur Tuel la qua- lité de roulement est maintenue à un niveau raisonnable, à des vitesses relativement élevées du véhicule, en cas de défaillance des ressorts pneumatiques associés, et, dans le même temps, ce système de ressorts de secours limite le mouvement vertical de la caisse du véhicule lorsque les ressorts pneumatiques principaux présentent une défaillance. Conformément à la présente invention, des res- sorts de secours sont disposés à l'intérieur de deux ressorts pneumatiques supportant la caisse du véhicule. Chaque ressort de secours comprend un ressort classique associé à deux ressorts articulés Dans le cas o les ressorts pneumatiques présentent une défaillance, la caisse du véhicule est supportée par les ressorts de secours Ces derniers assurent un roulement relativement doux'et le déplacement vertical de la caisse du véhicule est limité par une raideur élevée jusqu'à la masse du véhicule, une raideur faible dans la plage de chargement et une raideur élevée au-dessus du chargement maximal. Ceci est obtenu par une combinaison des caractéristiques du ressort classique avec les actions de l'articulation et des caractéristiques des deux ressorts articulés. Avec ces caractéristiques, la zone de travail linéaire de l'ensemble des ressorts peut être choisie pour une charge prédéterminée afin d'assurer un roulement confor- table. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est une élévation d'un bogie typique destiné à supporter un véhicule ferroviaire au moyen d'une suspension du type auquel l'invention a trait; la figure 2 est une coupe longitudinale d'un ensemble à ressorts selon l'invention; la figure 3 est un graphique dont la courbe illustre la réponse caractéristique à la charge d'un véhicule d'un ensemble typique à ressorts articulés selon l'invention; la figure 3 a est une représentation schémati- que d'un ensemble typique de ressorts articulés pouvant être utilisé dans la présente invention; la figure 4 est un graphique montrant la courbe de la réponse caractéristique à une charge de véhicule d'un ressort classique typique pouvant être utilisé avec l'ensemble à ressorts articulés représenté sur la figure 3 a; la figure 4 a représente schématiquement un ressort classique typique ayant la réponse caractéristique illus- trée sur la figure 4; la figure 5 est un graphique présentant une série de courbes combinant les différentes réponses carac- téristiques des ressorts des figures 3 a et 4 a; et la figure 5 a est un schéma illustrant les ressorts des figures 3 a et 4 a utilisés en association. Comme représenté en particulier sur la figure 1, un bogie typique 10 est utilisé de manière à supporter une caisse 12 de véhicule ferroviaire Le bogie 10 com- prend deux longerons classiques tels que le longeron 14. Des essieux montés 18 et 20 sont reliés aux longerons 14. Des dispositifs convenables 20 et 22 de freinage sont fixés sur les longerons à proximité immédiate des roues des essieux montés Ces divers éléments sont bien connus de l'homme de l'art. Comme représenté sur la figure 2 considérée avec la figure 1, une traverse 24 de charge est fixée aux lon- gerons 14 Des blocs de montage de ressorts (non repré- sentés) peuvent être disposés vers les extrémités de la traverse 24 afin de recevoir les ensembles à ressorts. Deux éléments à ressorts pneumatiques, dont un seul est représenté en 26, sont fixés aux extrémités de la tra- verse 24, entre cette dernière et la caisse 12 du véhi- cule Des unités à ressorts de secours, dont une seule est représentée en 28 et auxquelles l'invention a trait plus particulièrement, sont disposées à l'intérieur des ressorts pneumatiques. Les ressorts pneumatiques tels que le ressort 26 sont généralement gonflés à l'air comprimé et sont utilisés pour assurer la suspension verticale de la caisse du véhicule ferroviaire De tels ressorts sont classiques et ne seront pas décrits plus en détail. Cependant, dans le cas d'une défaillance du système d'alimentation en air-comprimé du véhicule et, par consé- quent, des ressorts pneumatiques, les ressorts de secours auxquels l'invention a trait entrent en jeu. Comme représenté sur la figure 2, le ressort 28 de secours est disposé à l'intérieur du ressort pneumati- que 26 afin de supporter la caisse 12 du véhicule dans le cas d'une défaillance de l'alimentation en air du ressort 26 Lorsque le ressort pneumatique 26 devient défaillant, la caisse 12 du véhicule repose sur l'ensemble 28 à res- sorts de secours Cet ensemble 28 à ressorts, comme décrit ci-après, est conçu de manière que le véhicule 12 puisse continuer à être entraîné à une vitesse raisonnablement élevée tout en maintenant un roulement confortable pour les passagers. L'ensemble 28 comprend un ressort 30 à l'inté- rieur-duquel est disposé un ensemble à ressorts arti- culé 32 Le ressort 30, représenté sous la forme d'un ressort mécanique, peut parfois être constitué d'un res- sort pneumatique Ce ressôrt 30 peut présenter un taux de compression linéaire lorsqu'il est soumis à une charge variable. L'ensemble 32 à ressorts articulés comprend deux ressorts mécaniques 34 et 36 Une plaque supérieure 38 de montage est dégagée du plancher du véhicule lorsque le ressort pneumatique est gonflé Le sommet du ressort est fixé par tous moyens convenables à-la plaque 38. L'extrémité inférieure du ressort 30 est fixée à une plaque 42 d'appui de la traverse 24. Un organe 44 d'articulation est fixé à la pla- que 38 et des organes 46 et 48 d'articulation sont fixés à la plaque d'appui 42 Le ressort mécanique 34 est monté au moyen d'organes extrêmes convenables de liaison entre les organes d'articulation 44 et 46, le ressort mécanique 36 étant monté par l'intermédiaire d'organes extrêmes convenables de liaison entre les organes 44 et 48 d'arti- culation. Lorsque la charge constituée par la caisse 12 du véhicule est inférieure à une certaine valeur, une raideur élevée est présente afin de limiter les mouvements verticaux de la caisse 12 du véhicule sous l'effet des caractéristiques combinées du ressort 30 et de l'ensemble 32 à ressorts articulés Ceci est dû au fait que le res- sort 30 et l'ensemble 32 à ressorts articulés opposent une résistance à la charge de la caisse du véhicule. Lorsque la charge du véhicule dépasse un cer- tain niveau, la caisse 12 se déplace vers le bas contre la résistance opposée par le ressort 30 et les résistan- ces des ressorts mécaniques 34 et 36 L'abaissement de la caisse du véhicule finit par faire pivoter vers le bas les ressorts 34 et 36, éliminant en fait la résistance opposée par ces ressorts 34 et 36 On obtient ainsi une faible raideur dans une certaine plage de charge du véhi- cule, la faible raideur étant due au mouvement d'articula- tion des ressorts 34 et 36. Si la charge du véhicule est supérieure à la charge maximale normale, la caisse 12 du véhicule conti- nue de descendre Les ressorts 34 et 36 étant inclinés vers le bas, ils offrent de nouveau une certaine résis- tance à la charge du véhicule L'effet combiné de la résistance du ressort 30 et de la résistance des ressorts 34 et 36 est d'établir une raideur élevée au-dessus de la charge maximale de la caisse du véhicule La raideur initiale élevée, une faible raideur intermédiaire et une raideur finale élevée constituent des caractéristiques souhaitables pour un ensemble à ressorts de secours qui intervient en cas de défaillance des ressorts pneumati- ques principaux En outre, lorsque les caractéristiques combinées Globales de charge des ressorts sont détermi- nées et que la charge du véhicule est connue, le système peut être conçu afin que la charge normale s'applique sur une partie à faible raideur de la caractéristique de travail en compression des ressorts, assurant ainsi aux passagers un roulement confortable. Pour faciliter la compréhension du fonctionne- ment de la combinaison du ressort 30 et des ressorts articulés 32, chacun des ressorts et leurs caractéristi- ques respectives seront considérés séparément avant leur effet combiné. Comme représenté sur les figures 3 et 3 a, la résistance proposée par les ressorts 34 et 36 lorsque la caisse 12 du véhicule se déplace vers le bas est indiquée en F 1 X représente la charge de la caisse 12 du véhicule. La résistance opposée par les ressorts 34 et 36 est illus- trée par une courbe 37 ayant une forme essentiellement sinusoïdale Ceci est dû au fait que les ressorts 34 et 36 sont comprimés initialement afin d'opposer une plus grande résistance jusqu'à ce qu'une résistance optimale soit atteinte La résistance diminue ensuite alors que les ressorts 34 et 36 tendent à s'aligner parallèlement au plancher de la caisse du véhicule La résistance approche de zéro lorsque les ressorts 34 et 36 pivotent vers le bas Puis la résistance augmente progressivement et diminue de nouveau comme indiqué par la courbe 37 de la figure 3. En référence aux figures 4 et 4 a, la courbe 39 concernant le ressort 30 est essentiellement linéaire, ce qui indique que la résistance F 2 du ressort 30 augmente linéairement lorsque la caisse du véhicule se déplace vers N le bas sur la distance X De nombreux ressorts classiques mécaniquès et pneumatiques peuvent être conçus pour pré- senter la caractéristique de la courbe 39 illustrée sur la figure 4, la pente de la courbe carac- téristique étant déterminée par la conception du ressort. Il convient de noter que les courbes 37 et 39 représentées sur les figures 3 et 4, respectivement, sont des courbes idéalisées pour faciliter l'explication Les ressorts utilisés peuvent être conçus pour présenter des résistances caractéristiques différentes suivant la résis- tance caractéristique nominale des ressorts combinés, cette résistance caractéristique nominale étant déterminée par les conditions d'utilisation du véhicule concerné. En général, il est souhaitable d'associer un ressort classique à un ensemble à ressorts articulés, le résultat de cette combinaison étant une résistance telle que la Il- caisse du véhicule travaille dans une plage linéaire afin d'offrir un confort de roulement maximal aux voya- geurs durant des conditions de secours suivant une défail- lance des ressorts pneumatiques, Cette condition est illustrée sur les figures 5 et 5 a. La figure 5 montre la courbe 37 indiquant la résistance des ressorts articulés 34 et 36 La courbe linéaire 39 représente la résistance du ressort 30 Une courbe 41 représente la résistance combinée du ressort 4 30 et des ressorts articulés 34 et 36 Un tronçon 43 de la courbe 41 indique une plage de travail à faible rai- deur Il est souhaitable que la résistance opposée par les ressorts présente cette caractéristique linéaire sur une plage de charges normalesde la caisse 12 du véhicule. Dans cette plage de travail, le confort est assuré pour les voyageurs pendant l'intervention du ressort de secours tandis que le véhicule continue de se déplacer à des vitesses raisonnables. Il est évident que différents véhicules sont utilisés avec différentes charges Pour convenir à une charge particulière, les résistances opposées par les ressorts classiques ou les ressorts articulés, ou les deux groupes de ressorts, doivent être conçues pour que l'on obtienne la plage appropriée de raideur dans la plage d'intervention de secours des ressorts combinés. Les différentes conceptions peuvent porter sur des res- sorts plus lourds ou plus grands, par exemple De plus, les angles particuliers ou les longueurs particulières des ressorts articulés peuvent être modifiés pour que l'on obtienne des résultats globaux différents. L'invention permet de concevoir un système de ressorts de secours dans lequel des ressorts relative- ment classiques et aisément disponibles dans le commerce peuvent être utilisés Dans le même temps, les procédés de pose et d'utilisation de ressorts suivent des techni- ques normales. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au système décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Système de ressorts de secours associé à un ressort pneumatique ( 26) au moyen duquel un véhicule ferroviaire repose sur une traverse ( 24) de charge d'un bogie ( 10), le système de ressorts de secours, qui est disposé à l'intérieur du ressort pneumatique afin de supporter le véhicule ferroviaire en cas de défaillance dudit ressort pneumatique, étant caractérisé en ce qu'il comporte un premier ressort ( 30) qui oppose une résistance relativement linéaire à une charge variable exercée par la caisse ( 12) du véhicule ferroviaire, un ensemble à ressorts mécaniques articulés ( 32) opposant une résis- tance relativement sinusoïdale à une charge variable exercée par la caisse du véhicule ferroviaire, ledit premier ressort etl'ensemble à ressorts-mécaniques arti- culés étant reliés mutuellement en parallèle afin d'oppo- ser une résistance combinée qui comprend une plage de travail à faible raideur pour tue plage de charges diffé- rentesexercée par la caisse du véhicule ferroviaire, sans mouvement vertical initial important de cette caisse. 2 Système de ressorts de secours selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ressorts méca- niques articulés comprennent deux ressorts mécaniques ( 34, 36) disposés angulairement et reliés chacun par une extrémité à un élément commun ( 44) , leurs extrémités opposées étant fixées à la traverse de charge. 3 Système de ressorts de secours selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier ressort est monté entre la caisse du véhicule et la traverse de charge et en ce que les deux ressorts mécaniques sont disposés à l'intérieur de ce premier ressort. 4 Système de ressorts de secours selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier ressort comprend un ressort mécanique.