Brevet FR2522377A1 — publié le 19830902

Dans de nombreuses applications de véhicules ferroviaires, il est nécessaire de prévoir lun certain degré de mouvement entre la caisse principale du véhicule et le boggie supportant la caisse Par exemple, des sus- pensions secondaires sont utilisées pour permettre des degrés limités de mouvements longitudinaux, latéraux et verticaux entre la caisse du véhicule et le bcqgie en cours de marche Ces suspensions comportent souvent, entre autres choses, des éléments en élastomère qui constituent des butées assurant la stabilité tout en permettant de petits mouvements entre les corps et en absorbant cer- taines des forces d'accélération qui tendent à se trans- mettre du boggie à la caisse du véhicule. Pour permettre des mouvements retatifs entre la caisse du véhicule et le boggie, des éléments de glisse ment à faible frottement ont été utilisés entre e boggie et la caisse afin de faciliter les mouvements se produi- sant lorsque le véhicule négocie des courbes. L'ensemble de couplage selon l 'invention constitue un perfectionnement apporté à un ensemble dc t it dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N 306 156 r déposée le 28 Septembre 1981 sous le titre "A N Articulated Truck Assembly". L'ensemble de couplage décrit dans la demande précitée est illustré sous la forme d'un êlement utilisable dans un boggie à essieux orientables Cependant, l'ensemble de couplage proprement dit peut être appliqué à d'autres cas dans lesquels deux corps structurels doivent être accouplés l'un à l'autre et sont destinés à être déplacés à des vitesses différentes, sous divers niveaux de forces différentielles appliquées Par exemple, l'ensemble de couplage peut remplacer les butées latérales d'arrêt équi- pant la plupart des véhicules ferroviaires classiques et destinées à limiter les mouvements relatifs latéraux entre la caisse du véhicule et le boggie. L'invention a pour objet un ensemble de couplage perfectionné qui établit des raideurs de ressort détermi- nées entre deux corps structurels, dans toutes les direc- tions, et qui permet une liberté de mouvement dans une direction unique lorsque des forces différentielles pré- déterminées sont appliquées à cet ensemble dans la direc- tion concernée. L'invention a pour autre objet un ensemble per- fectionné de couplage entre deux corps structurels, qui permet aux corps d'être aisément déplacés sur une distance prédéterminée l'un par rapport à l'autre, dans une direc- tion prédéterminée, lorsque des forces différentielles relativement faibles leur sont appliquées, une retenue par élastomère étant prévue après un déplacement des corps sur la distance prédéterminée. L'invention concerne donc un ensemble de couplage monté entre deux corps structurels disposés verticalement afin de permettre un mouvement relatif entre ces corps lorsque les-forces relatives appliquées à ces derniers dépassent un niveau prédéterminé L'ensemble de couplage est monté fixement sur le premier corps et est monté de façon mobile sur le second corps Des moyens à faible frottement sont disposés entre l'un des corps et l'ensemble de couplage Ce dernier comporte un chapeau métallique extérieur, un élément métallique intérieur disposé à l'in- térieur et à distance du chapeau extérieur, et un élément en élastomère disposé entre les éléments métalliques inté- rieur et extérieur L'élément métallique intérieur présente un évidement destiné à recevoir un élément en saillie relié au corps structurel associé aux moyens à faible frottement. L'élément en saillie s'ajuste librement dans l'évidement de l'élément métallique intérieur afin de pouvoir se dé- placer dans ce dernier dans une direction prédéterminée. L'apparition de forces relatives élevées entre les premier et second corps provoque un déplacement des deux corps l'un par rapport à l'autre sur les moyens à faible frottement. Avant tout mouvement, les éléments en élastomère exercent une retenue et absorbent les forces appliquées jusqu'à un niveau prédéterminé auquel l'action de glissement se pro- duit L'agencement permet également un mouvement relatif des corps sur les moyens à faible frottement lorsque de faibles forces sont appliquées, avant l'entrée en action d'éléments de retenue en élastomère. 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'une partie d'un boggie de chemin de fer, illustrant une forme de réalisa- tion de l'invention; la figure 2 est une vue en perspective éclatée montrant l'utilisation de la présente invention dans un boggie autodirecteur tel qu'illustré sur la figure 1; la figure 3 est une coupe de l'ensemble de cou- plage selon l'invention, suivant la ligne 3-3 de la figure 2; la figure 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 3; et la figure 5 est une coupe suivant la ligne 5-5 de la figure 3. Les figures 1 et 2 représentent un boggie à es- sieux orientables tel que décrit dans la demande précitée. Un boggie 10 de chemin de fer comprend deux longerons 1-2 et 13 de châssis Seul le longeron 12 est représenté sur la figure 1, les longerons 12 et 13 n'étant représentés qu'en partie sur la figure 2 Le longeron 12 comporte des éléments d'extrémité 15 et 21 et le longeron 13 comporte des éléments d'extrémité 17 et 19 Les divers détails du boggie et de la caisse du véhicule ne sont pas représentés, car l'invention a trait à l'ensemble de couplage disposé entre deux corps structurels qui sont destinés à se dépla- cer l'un par rapport à l'autre lorsque des forces diffé- rentielles leur sont appliquées. Deux bras directeurs 14 et 16, reliés convenable- ment entre eux par un pivot 11, sont destinés à recevoir deux essieux montés 18 et 20 Des ensembles de couplage 22, 24, 26 et 28 sont montés de façon à relier les élé- ments d'extrémité 15, 17, 19 et 21, respectivement, à des angles des bras directeurs inférieurs 14 et i 6 Les éléments d'extrémité font partie des longerons fixes 12 et 13 du châssis qui comprend généralement une traverse de charge par laquelle il est relié à la caisse du véhi- cule (non représentée). Les ensembles decouplage 22, 24, 26 et 28 sont montés fixement sur les extrémités des longerons respectifs 12 et 13, tous de la même manière Par exemple, l'ensemble 22 de couplage est fixé en position sur l'élément d'extré- mité 15 du longeron 12 au moyen d'écrous 30 qui sont montés sur des tiges ou goujons filetés 32 traversant l'élément d'extrémité 15 du longeron 12 Deux pieds 34 de position- nement dépassent également de l'ensemble 22 de couplage et le maintiennent en position appropriée sur son longeron. Les pieds 34 de positionnement permettent aux bras direc- teurs 14 et 16 d'être montés avec précision, aux emplace- ments appropriés, sur les longerons 12 et 13 lors de l'assemblage final, dans le cas o les dimensions des ouvertures des longerons varient légèrement, ce qui permet des tolérances dimensionnelles de degré élevé. Les angles ou extrémités des ensembles de couplage 22, 24, 26 et 28 présentent des ouvertures, seules les ouvertures 40 et 42 étant représentées sur la figure 2. Ces ouvertures reçoivent ou logent des parties en saillie 64, 66 et 68 (l'une de ces parties n'étant pas représentée) qui sont reliées aux extrémités des bras directeurs 14 et 16 Les extrémités supérieures des parties principales 56, 58, 60 et 62 comportent toutes des saillies supérieures 48, 50, 52 et 54 Ces saillies supérieures 48, 50, 52 et 54 positionnent les bras directeurs 14 et 16 dans des ouver- tures des ensembles de couplage 22, 24, 26 et 28 Après que les ensembles de couplage 22, 24, 26 et 28 ont été fixés sur les longerons 12 et 13 de châssis, ils sont reliés aux bras directeurs 14 et 16 et maintenus en position par des saillies 64, 66 et 68 D'autres moyens relient la zone centrale des bras directeurs à la traverse de charge ou à la caisse du véhicule (non représentée). Tous les ensembles de couplage sont sensiblement analogues et, par conséquent, seul l'ensemble 26 sera décrit en détail, étant évident que tous les autres en- sembles se comportent d'une façon similaire Les bras directeurs 14 et 16, décrits dans la demande précitée, sont conçus pour maintenir les essieux montés 18 et 20 dans une orientation sensiblement radiale par rapport à la voie lorsque le véhicule négocie des courbes On ne se référera pas davantage à l'aspect orientable du boggie, l'invention portant principalement sur l'ensemble de cou- plage qui est conçu pour relier entre eux deux corps struc- turels tout en leur permettant un certain mouvement relatif. Comme représenté sur les figures 3, 4 et 5, l'en- semble de couplage 26 comprend une plaque ou chapeau métal- lique extérieur 72 comprenant des bords descendants 74 et 76 Un élément rapporté 78 en métal est placé à distance du chapeau supérieur ou extérieur 72, cet élément rapporté étant sensiblement plus petit que la plaque ou le chapeau supérieur, afin de s'ajuster dans ce dernier Un élément en élastomère est fixé entre le chapeau supérieur 72 et l'élément rapporté 78. L'élément rapporté ou encastré 78 en métal pré- sente une ouverture 82 destinée à recevoir librement la saillie 52 Un espace suffisant est ménagé entre la saillie 52 et l'élément métallique 78 pour permettre un mouvement de la saillie 52 dans cet espace L'espace ou ouverture 82 peut être dimensionné pour permettre un mouvement rela- tivement libre dans une direction tout en produisant une action de retenue dans d'autres directions de mouvement. En fonctionnement normal, l'ensemble 26 de cou- plage est fixé sur l'élément d'extrémité 19 du longeron 13 du châssis de boggie Les bras directeurs 14 et 16 sont destinés à se déplacer l'un par rapport à l'autre pour assurer le guidage radial En fonctionnement normal, les ensembles de couplage, y compris l'ensemble 26, sont sou- mis à une charge exercée vers le bas, due au poids de la caisse du véhicule Bien que les bras directeurs soient montés librement sur les longerons de châssis du boggie, le poids de la caisse du véhicule est normalement néan- moins suffisant pour maintenir les longerons 12 et 13 fixement par rapport aux bras directeurs lorsque de faibles forces différentielles apparaissent entre la caisse du véhicule et le boggie. Comme représenté sur les figures 4 et 5, un anneau extérieur 84 de botte d'essieu, normalement asso- cié à une extrémité de l'essieu monté 20, comporte des parties faisant saillie vers le haut, destinées à recevoir un élément de base 86 qui est lui-même conçu pour porter des éléments 88 et 90 à faible frottement L'élément métal- lique rapporté 78 est en contact physique avec les élé- ments 86 et 88 à faible frottement et il est normalement comprimé sur ces derniers par le poids de la caisse du véhicule. Lorsque les forces appliquées à la caisse du véhicule et aux ensembles de couplage diffèrent des forces appliquées aux bras directeurs 14 et 16, il apparait une force différentielle qui tend à déplacer l'un des éléments structurels (par exemple le châssis de boggie et les bras directeurs) par rapport à l'autre Dans la forme de réali- sation représentée, au passage d'une courbe de la voie, des forces différentielles longitudinales apparaissent entre l'ensemble 26 de couplage et le bras directeur infé- rieur 16 Il en résulte un déplacement longitudinal de la saillie 52 dans l'ouverture 82 qui est configurée pour permettre un mouvement longitudinal et pour s'opposer à d'autres types de mouvement dans la forme de réalisation représentée Le frottement relativement faible permet au mouvement longitudinal d'avoir lieu de façon relativement aisée, sans que des forces excessives soient engendrées. Cependant, avant le mouvement des parties en saillie dans les ouvertures correspondantes des ensembles de couplage, les éléments en élastomère tels que l'élément 80 opposent une retenue au mouvement et tendent à se dé- former jusqu'à une certaine limite lorsque des forces dif- férentielles relativement faibles apparaissent entre les longerons de châssis et les bras directeurs Pendant la déformation, les éléments en élastomère agissent comme des amortisseurs,empêchant les forces d'accélération d'être transmises des roues à la caisse du véhicule Les éléments en élastomère constituent des ressorts verticaux, latéraux et longitudinaux L'agencement de l'élément 80 en élasto- mère autour de son élément métallique rapporté correspon- dant, tel que l'élément rapporté ou encastré 78, produit un effet de suspension à la Cardan permettant un mouvement relativement faible, dans toutes les directions, de l'lé 6- ment structurel supérieur tel que les longerons du châssis du boggie, par rapport aux éléments structurels inférieurs tels que les bras directeurs. Les ouvertures des éléments métalliques rapportés permettent des mouvements des parties en saillie dans ces éléments jusqu'à une limite prédéterminée à laquelle la partie en saillie vient porter contre les éléments métal- liques rapportés de façon à limiter le mouvement des en- sembles structurels supérieur et inférieur Dans certains cas, l'élément en élastomère peut produire une retenue supplémentaire et peut présenter une certaine raideur opposée à l'application de forces très élevées. L'ensemble selon l'invention constitue un sys- tème dans lequel l'élément en élastomère oppose une rete- nue afin de maintenir latéralement, longitudinalement et verticalement deux corps séparés l'un de l'autre Des éléments en élastomère servent de ressorts destinés à absorber l'énergie Dans le même temps, lorsque les forces différentielles appliquées aux structures supérieure et inférieure dépassent une certaine limite prédéterminée, l'une des structures glisse par rapport à l'autre sans que des charges excessivement élevées apparaissent Simul- tanément, l'agencement des parties en saillie dans les ouvertures des éléments métalliques rapportés limite le degré de mouvement à l'intérieur du système. Bien que l'invention ait été décrite principale- ment dans son application à un boggie à essieux orientables, l'ensemble de couplage décrit peut convenir à un certain nombre d'applications différentes dans lesquelles il est souhaité d'accoupler une structure à une seconde structure tout en permettant différents types de mouvements relatifs entre ces structures, suivant les forces appliquées. Un exemple de possibilité d'utilisation de l'en- semble de couplage selon l'invention est son utilisation en tant que butée latérale équipant des véhicules ferro- viaires classiques Dans de tels systèmes classiques, les butées sont destinées à limiter les mouvements latéraux de la caisse du véhicule par rapport au boggie, dans cer- taines conditions Lorsque l'on utilise l'ensemble selon l'invention, la liberté de mouvement peut être obtenue au moyen d'éléments à très faible frottement, la limite extrême des mouvements étant déterminée par les dimensions des ou- vertures ménagées dans un corps et recevant les parties en saillie de l'autre corps Les éléments en élastomère assurent l'absorption d'énergie et permettent de petits mouvements limités sous des charges extrêmement élevées, dans la position finale. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'ensemble de couplage décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVEND ICAT IONS 1 Ensemble de couplage monté entre des premier et second corps structurels disposés verticalement et se déplaçant l'un par rapport à l'autre sous l'effet de l'application de forces différentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens destinés à monter fixement cet ensemble de couplage sur le premier corps, des moyens destinés à monter l'ensemble de couplage de façon mobile sur le second corps, des moyens ( 88, 90) à frottement relativement faible, disposés entre l'un des corps et l'ensemble de couplage, ce dernier comprenant en outre un élément ( 80) en élastomère destiné à absorber de l'énergie et à permettre un mouvement limité entre les premier et second corps structurels lorsque des forces différentielles relativement faibles leur sont appliquées, et à permettre un mouvement relativement libre entre les premier et second corps structurels lorsque des forces différentielles relativement élevées leur sont appliquées. 2 Ensemble de couplage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une plaque métallique extérieure ( 72) et une plaque métallique inté- rieure rapportée ( 78) disposée à l'intérieur et à distance de la plaque métallique extérieure, l'élément en élastomère étant disposé entre les deux plaques. 3 Ensemble de couplage selon la revendication 2, caractérisé en ce que la plaque métallique extérieure comporte des parties ( 74, 76) en saillie qui entourent la plaque métallique intérieure rapportée afin de retenir l'élément en élastomère entre les deux plaques. 4 Ensemble de couplage selon la revendication 3, caractérisé en ce que la plaque intérieure présente un évidement ( 82). Ensemble de couplage selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un élément ( 52) fait saillie du corps structurel associé aux moyens à faible frottement de façon à pénétrer dans l'évidement de l'élément métallique intérieur pour s'y loger librement et pouvoir effectuer un mouvement limité dans cet évidement lorsque des forces différentielles relativement élevées sont appliquées aux premier et second corps structurels. 6 Ensemble de couplage selon la revendication , caractérisé en ce que l'évidement de l'élément inté- rieur est dimensionné de manière à diriger l'élément en saillie afin qu'il se déplace dans une direction, tout en s'opposant aux mouvements dans d'autres directions. 7 Ensemble de couplage selon la revendication , caractérisé en ce que des pieds ( 34) de positionnement sont fixés à la plaque supérieure pour permettre à l'en- semble de couplage d'être positionné avec précision sur le corps structurel qui n'est pas associé aux moyens à faible frottement. 8 Ensemble de couplage selon la revendication 6, caractérisé en ce que des moyens de fixation ( 30, 32) sont reliés à la plaque supérieure pour permettre la fixation de l'ensemble de couplage sur le corps structurel qui n'est pas associé aux moyens à faible frottement. 9 Ensemble de couplage selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'un des corps structurels com- prend deux bras directeurs ( 14, 16) et en ce que l'autre corps comprend des longerons ( 12, 13) de châssis reliés à une caisse de véhicule. Ensemble de couplage selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'évidement est dimensionné pour permettre un mouvement longitudinal entre les premier et second corps structurels, tout en s'opposant aux mouve- ments latéraux entre ces corps.