Brevet FR2511961A1 — publié le 19830304

Dans un véhicule ferroviaire on utilise généra- lement une suspension primaire et une suspension secondaire. On entend généralement par suspension primaire la suspension placée entre les boîtes d'essieux et le châssis de bogie ou de truck ou de wagon La boîte d'essieu contient l'essieu monté et les forces d'accélération engendrées par la roue sont dirigées vers la suspension primaire, certaines des forces étant transmises par cette suspension primaire au longeron de châssis La suspension secondaire est placée entre une traverse danseuse du bogie et la caisse du véhi- cule et elle comprend généralement des ressorts pneumatiques ou mécaniques L'invention concerne les suspensions primaires. Un exemple de suspension primaire est décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 062 772 déposée le Ier août 1979 sous le titre "Primary suspension System for a Railway Car". Il existe actuellement des véhicules ferroviaires dans lesquels la suspension primaire comprend un anneau dit de choc, en caoutchouc, ajusté entre une boite d'essieu et un longeron de bogie L'anneau de caoutchouc utilisé est comprimé et bridé entre la boite d'essieu et le longeron. L'anneau comprimé présente des raideurs verticales et longi- tudinales très élevées de l'ordre d'environ 175 000 N/cm. Une raideur verticale très élevée de la suspension primaire a pour résultat une très faible atténuation des accélérations de la roue vers le châssis de bogie La raideur longitudi- nale relativement élevée tend à maintenir la position de l'essieu ou l'entraxe à l'intérieur du châssis de bogie. Des essais ont montré qu'une diminution de la raideur verticale de la suspension primaire provoquait une réduction des accélérations engendrées dans le châssis de boqie Ceci tend à accroître la durée de vie utile de l'équipement monté sur le bogie Des essais ont également mnntré qu'une diminution de la raideur longitudinale de la suspension priraire permettait aux essieux du bogie de prendre une position plus radiale par rapport aux rails dans les courbes Ceci réduit l'angle sous lequel les boudins de roues attaquent les rails, ce qui réduit les forces latérales des roues Il en résulte une diminution de l'usure des roues et des boudins et un accroissement de leur durée de vie. L'invention a pour objet une suspension primaire perfectionnée pour bogie de chemin de fer L'invention a également pour objet une suspension primaire perfectionnée dans laquelle la raideur verticale est réduite afin de rédui- re les accélérations transmises au châssis de bogie en cours de service et d'accroître ainsi sa-durée de vie L'invention a pour autre objet une suspension primaire perfectionnée 1 O dans laquelle la raideur longitudinale est réduite pour per- mettre aux essieux d'un bogie de prendre une position plus radiale par rapport aux rails en courbe afin de réduire les forces latérales des roues et l'usure des roues. L'invention a pour autre objet une suspension primaire perfectionnée en caoutchouc relativement mou, dans laquelle le fluage du caoutchouc dû-aux efforts de travail est minimisé L'invention a pour autre objet une suspension primaire perfectionnée en caoutchouc relativement mou, pré- sentant une résistance élevée au fluage du caoutchouc et pouvant être aisément substituée aux suspensions équipant les bogies actuellement utilisés. Conformément à l'invention, une suspension pri- maire est disposée entre une botte d'essieu et un longeron de châssis de bogie de chemin de fer La suspension comprend un anneau de caoutchouc qui présente des vides ou des ouver- tures lui conférant de la souplesse L'anneau de caoutchouc est fixé à des anneaux métalliques fendus supérieur et infé- rieur destinés à empêcher le fluage du caoutchouc en cours de travail et permettant à l'anneau de caoutchouc de travailler sous des niveaux de contraintes plus élevés L'anneau supé- rieur est maintenu latéralement par le longeron de châssis et l'anneau inférieur est maintenu latéralement par la boite d'essieu. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une élévation avec arrachement partiel d'une partie d'un bogie équipé d'une forme de réali- sation de la suspension selon l'invention; la figure 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1; la figure 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 2; et les figures 4 à 10 sont des vues en perspective, avec coupe partielle, de différentes formes de réalisation de la suspension primaire selon l'invention. Il est évident que l'invention peut être appliqué à un bogie de chemin de fer classique De tels bogies comprennent généralement des longerons appropriés de châssis destinés à recevoir les boîtes d'essieux Le bogie est conçu pour recevoir divers types d'équipements tels que des freins, des moteurs, des boites de transmission et autres. Ces bogies classiques comportent également, d'une façon générale, des boîtes d' essieux convenables destinées à rece- voir les fusées des essieux montés Les boites d'essieux sont en général reliées aux longerons de châssis de bogies par des suspensions primaires comprenant des anneaux de caoutchouc ou autres Un tel bogie est décrit et représenté dans la demande précitée Etant donné que les détails de ces bogies sont bien connus, ils ne sont ni représentés ni dé- crits plus en détail dans le présent mémoire. La figure 1 ne représente qu'un ensemble consti- tué d'un essieu monté, d'une boite d'essieu et d'une suspen- sion primaire Il est évident que, dans un bogie classique à deux essieux, quatre suspensions primaires sont utilisées. Une roue 10 est fixée à un essieu 12 Une boite d'essieu 14 entoure cet essieu 12 L'essieu monté, compre- nant la roue 10 et l'essieu 12 proprement dit, est relié à un longeron 16 de châssis Ce longeron 16 et d'autres parties du bogie (non reprdsentées) peuvent porter divers autres équipements tels que des unités de freins et autres appareil- lages analogues 18 qui n'entrent pas dans le cadre de l'in- vention et qui ne sont donc pas décrits plus en détail ci- après La suspension primaire 20, disposée entre la boîte d'essieu 14 et le longeron 16, fait l'objet de la présente invention et sera donc décrite en détail ci-dessous. D'une façon générale, l'essieu monté est assujetti au longeron 16 de châssis au moyen d'une bride 22 montée de manière à pouvoir pivoter autour d'un point 24 La bride 22, après mise en place de l'essieu monté, est amenée en posi- *tion de verrouillage et assujettie fixement au châssis à l'ai- de d'un dispositif 26 de verrouillage qui peut comprendre un boulon à tête, une rondelle et un écrou de blocage clas- siques. Comme représenté sur les figures 2 et 3 considé- rées avec la figure 1, la suspension primaire 20 comprend un anneau flexible, par exemple un anneau 28 de caoutchouc, présentant plusieurs vides ou entailles 30 L'anneau 28 de caoutchouc est monté entre un anneau supérieur fendu 32 et un anneau inférieur fendu 34 L'anneau 28 de caoutchouc est lié, par un époxyde ou autre, à la surface intérieure de l'anneau extérieur 32 et à la surface extérieure de l'anneau intérieur 34. L'anneau intérieur 34 est maintenu latéralement par des lèvres 36 et 38 faisant saillie vers l'extérieur du corps principal de la boite d'essieu 14 L'anneau exté- rieur 32 comporte des lèvres 40 et 42 qui font saillie vers l'extérieur pour recevoir entre elles le longeron 16 Ainsi, la boite d'essieu 14 maintient latéralement l'anneau 34 et le longeron 16 maintient latéralement l'anneau supérieur 32. Pour positionner la suspension primaire assemblée autour de la boite d'essieu 14, les anneaux extérieur 32 et intérieur 34 sont fendus de manière à être constitués cha- cun de deux demi-segments Comme montré sur la figure 3, l'anneau extérieur 32 comprend des segments 44 et 46 et l'anneau intérieur 34 comprend des segments 48 et 50 Les anneaux en deux moitiés offrent une grande souplesse pour l'usinage des pièces complémentaires. L'utilisation d'entailles ou de vides 30 dans l'anneau 28 de caoutchouc réduit la section totale du caout- chouc et accroît les efforts et donc les flexions sous la charge Les entailles ménagées dans l'anneau provoquent une diminution de la raideur de ressort dans les directions ver- ticale et longitudinale En fait, on obtient une suspension primaire plus souple que de nombreuses suspensions primaires antérieures. Jusqu'à présent, les efforts de travail engen- drés dans le caoutchouc étaient limités par le fluage du caoutchouc Conformément à l'invention, l'anneau de caout- chouc est lié à du métal, par exemple des plaques d'acier, comme dans un sandwich De ce fait, l'anneau de caoutchouc de la suspension primaire peut travailler sous des efforts très supérieurs En raison de la liaison de l'anneau de caoutchouc à des plaques d'acier, il est possible de faire travailler l'anneau de caoutchouc en sandwich avec des con- traintes ou des déformations plus grandes, pour les mêmes forces, en réduisant le travail effectué dans une section de l'anneau de caoutchouc, ce qui conduit à de plus faibles raideurs de ressorts La conception en sandwich lié permet d'ajuster à la demande la section réduite du caoutchouc au moyen des entailles Ces dernières constituent des renfle- ments dans le caoutchouc et confèrent donc à ce dernier une plus faible raideur de ressort. Du fait de la présence des vides ou entailles qui accroissent la souplesse du ressort et de la liaison établissant des conditions empêchant le renflement des zones du caoutchouc en contact avec les anneaux métalliques, la raideur verticale de la suspension primaire décrite peut être réduite à une valeur de la moitié ou moins de celles obtenues dans les suspensions de conception actuelle ou un anneau de caoutchouc solide et comprimé est utilisé La raideur lon- gitudinale peut être diminuée à un quart ou moins. Comme mentionné précédemment, la suspension rela- tivement souple réduit les accélérations engendrées par la roue dans le châssis de bogie Il en résulte une durée de vie beaucoup plus longue des équipements portés par le bo- gie. Comme mentionné également ci-dessus, la raideur longitudinale est abaissée pour permettre un positionnement radial du bogie par rapport aux rails dans les courbes, de manière à réduire ainsi l'angle sous lequel les boudins de roues attaquent les rails et à diminuer donc la vitesse d'usure des roues. Comme montré sur la figure 3, les ouvertures espacées 30 s'étendent dans l'anneau 28 de caoutchouc dans des directions sensiblement parallèles à l'axe de la boite d'essieu 14 Les ouvertures 30 peuvent être allongées camne représenté Les figures 4 à 9 représentent le même montage fondamental d'un anneau de caoutchouc par rapport aux anneaux intérieur et extérieur, hormis les configura- tions des entailles ou évidements de l'anneau 28 de caout- chouc. Toutes les formes de réalisation montrées sur les figures 4 à 9 comprennent l'anneau extérieur 32 et l'anneau inférieur ou anneau intérieur 34 Sur la figure 4, l'anneau 52 de caoutchouc présente plusieurs ouvertures espacées 53 de forme sensiblement carrée, s'étendant à tra- vers l'anneau 52 dans des directions parallèles à l'axe de la boîte d'essieu Sur la figure 5, l'anneau 54 présente des ouvertures triangulaires espacées 54 qui s'étendent dans des directions parallèles à la boîte d'essieu Sur la figure 6, l'anneau 56 de caoutchouc présente plusieurs ouver- tures espacées et allongées 57 qui s'étendent radialement à travers l'anneau 56 Sur la figure 7, l'anneau 58 présente plusieurs ouvertures triangulaires alignées qui s'étendent radialement à travers cet anneau 58 Sur la figure 8, l'an- neau 60 présente des ouvertures 61 relativement carrées qui s'étendent radialement à travers cet anneau 60 Il est évi- dent que l'anneau de caoutchouc peut présenter tout nombre quelconque d'ouvertures suivant la conception particulière utilisée. L'anneau 62 représenté sur la figure 9 présente plusieurs ouvertures allongées 63 relativement déformées. Ces ouvertures sont sensiblement analogues aux ouvertures de la figure 3, sauf que l'anneau 62 comporte une partie en caoutchouc qui fait saillie vers le haut Les formes de ces ouvertures rendent possible l'obtention de différen- tes raideurs de ressorts dans l'anneau 62 de caoutchouc Par exemple, en cours de service, lorsque la suspension primaire est chargée et que l'ouverture 63 tend à se fermer, la partie du caoutchouc voisine du sommet de l'anneau 62 vient porter contre la partie 65 en saillie pour faire varier la raideur de ressort en l'élevant légèrement Simultanément, il subsis- te un certain vide ou une certaine section ouverte dans l'ou- verture globale afin de maintenir en continu une certaine souplesse. La figure 10 représente une configuration de lon geron de châssis qui diffère quelque peu de celle représentée sur les figures 1, 2 et 3 Sur la figure 10, le longeron 68 comporte des lèvres 70 et 72 s'étendant vers le bas Un an- neau 74 de caoutchouc présente des entailles 76 abaissant la raideur de ressort L'anneau 74 en caoutchouc est lié fixement par un époxyde ou autre à un anneau supérieur 78 et à un anneau inférieur ou de fond 80 L'anneau extérieur 78 comporte des lèvres 82 et 84 s'étendant vers le bas Cet anneau supérieur 78 est disposé de manière à être maintenu entre les lèvres 70 et 72 du longeron 68 L'anneau inférieur est retenu entre des lèvres 90 et 92 de la boite d'essieu 86. La forme de réalisation de la figure 10 est très analogue à celle des figures 1, 2 et 3, hormis le montage utilisant l'orientation des lèvres de l'anneau supérieur et du longeron Les longerons représentés sur la figure 10 comportent des parties 70 et 72 faisant saillie vers le bas, alors que les longerons des figures 1, 2 et 3 ne comportent pas de telles parties ou lèvres en saillie, de sorte que les parties en saillie doivent être présentées par l'anneau exté- rieur pour maintenir la suspension primaire sur le longeron. On obtient donc une suspension primaire relati- vement souple, dans laquelle les boîtes d'essieux du bogie sont pratiquement les mêmes que celles utilisées dans de nombreux systèmes antérieurs Ainsi, la mise à jour des bogies existants devient relativement aisée La présence d'ouvertures ou de vides dans le caoutchouc permet d'obtenir une raideur de ressort faible, comme souhaité, tandis que la liaison du caoutchouc à des anneaux d'acier permet à l'anneau de caoutchouc de supporter des contraintes plus élevées sur la même surface. il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la suspension décrite et reprêsen- tée sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Suspension primaire pour bogie de chemin de fer comportant un longeron ( 16) de châssis destiné à recevoir un essieu ( 12) monté de manière à tourner dans une boîte d'essieu ( 14), la suspension primaire, qui est disposée en- tre la boite d'essieu et le longeron de châssis, étant caractérisée en ce qu'elle comporte un premier anneau métal- lique intérieur ( 34) fixé à la boîte d'essieu, un second anneau métallique extérieur ( 32) espacé du premier anneau et fixé au longeron de châssis, et un anneau( 28) de caoutchouc disposé et lié entre les premier et second anneaux métalli- ques, et présentant des parties découpées ( 30). 2 Suspension primaire selon la revendication 1, caractériséeen ce que chacun des premier et second anneaux métalliques comprend au moins deux segments ( 44, 46; 48, ) espacés l'un de l'autre. 3 Suspension primaire selon la revendication 2, caractérisée en ce que chacun des deux segments des anneaux intérieur et extérieur constituent environ la moitié de la circonférence totale de l'anneau. 4 Suspension primaire selon la revendication 3, caractérisée en ce que les surfaces intérieures des deux segments du premier anneau intérieur sont maintenues par la boite d'essieu. 5 Suspension primaire selon la revendication 4, caractérisée en ce que les surfaces extérieures des deux segments de l'anneau extérieur sont maintenues latéralement par le longeron de châssis. 6 Suspension primaire selon la revendication 5, caractérisée en ce que les deux segments de l'anneau exté- rieur comportent des lèvres ( 40, 42) s'étendant vers l'ex- térieur, formées le long de leurs bords extérieurs afin de recevoir entre elles le longeron de châssis. 7 Suspension primaire selon la revendication 5, caractérisée en ce que les deux segments de l'anneau exté- rieur présentent des bords extérieurs leur permettant de s'ajuster entre des lèvres ( 70, 72) faisant saillie vers l'intérieur sur le longeron ( 68) de châssis. 8 Suspension primaire selon la revendication 6, caractérisée en ce que les parties découpées dans l'anneau de caoutchouc comprennent des ouvertures latérales ( 30,53, ) s'étendant à travers cet anneau. 9 Suspension primaire selon la revendication 6, caractérisée en ce que les parties découpées dans l'annneau de caoutchouc comprennent des ouvertures radiales ( 57, 59, 61) s'étendant à travers cet anneau. Suspension primaire selon la revendication 8, caractérisée en ce que lesdites ouvertures latérales ( 63) ont une forme établissant différentes raideurs de ressort lors- que la charge exercée sur la suspension primaire augmente.